KR100963366B1 - Titanium electrode material - Google Patents

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가스미 야나기사와
다카시 야시키
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

백금족계 원소, Au, Ag 중에서 선택되는 귀금속 원소를 함유하는 타이타늄 합금 기재 표면에, 평균 두께가 200nm 이하인, 이 타이타늄 합금 기재로부터 석출시킨 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층이 형성되고, 이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가, 하기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전극용 타이타늄재. On the surface of the titanium alloy base material containing a noble metal element selected from the platinum group element, Au, and Ag, a mixed layer of the noble metal element and titanium oxide precipitated from this titanium alloy base material having an average thickness of 200 nm or less is formed, and this mixed layer surface and titanium The titanium material for electrodes characterized by the alloy base material having electroconductivity set to 12 m (ohm) * cm <2> or less by the contact resistance value by the following measuring method.

접촉저항은 혼합층이 형성된 판상 타이타늄 합금재의 양면을, 평균 두께 0.3mm의 카본 클로스를 사이에 두고, 타이타늄 합금재 상측으로부터 타이타늄 합금재와의 접촉 면적이 1cm2인 구리 전극 및 타이타늄 합금재 하측으로부터 타이타늄 합금재와의 접촉 면적이 1cm2인 구리 전극으로 끼워 넣은 다음, 타이타늄 합금재의 상하 양측으로부터 면압 5kg/cm2를 부하한 상태에서, 양 구리 전극 사이에 7.4mA의 전류를 흘려보냈을 때의, 양 카본 클로스 사이에서의 전압 강하량을 4단자식 저항계를 사용해서 측정하여, 산출한다. Contact resistance is a mixed layer is formed plate-like titanium dioxide-sided material alloy, the other across a carbon cloth having an average thickness of 0.3mm, the contact area of the titanium alloy and the titanium alloy material from the upper side from 1cm 2 of the copper electrode and the titanium alloy material lower when a sending a contact area with the alloy material 1cm put into two copper electrodes, and then, the titanium alloy material at a surface pressure load of 5kg / cm 2 from the upper and lower sides state, flowing a current of 7.4mA between the two copper electrodes, The voltage drop between both carbon cloths is measured and calculated using a four-terminal ohmmeter.

Description

전극용 타이타늄재{TITANIUM ELECTRODE MATERIAL}Titanium material for electrode {TITANIUM ELECTRODE MATERIAL}

본 발명은 전극용 타이타늄재에 관한 것으로, 특히 연료전지용의 세퍼레이터에 적합한 전극용 타이타늄재의 제조방법에 관한 기술분야에 속하는 것이다. 본 발명 전극용 타이타늄재는 주로 타이타늄의 판이나 선재를 대상으로 한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a titanium material for electrodes, and more particularly, to a method of manufacturing a titanium material for electrodes suitable for separators for fuel cells. The titanium material for electrodes of this invention mainly aims at a plate or wire of titanium.

고체 고분자형 연료전지는 고체 고분자 전해질막을 애노드 전극과 캐소드 전극으로 사이에 끼운 것을 단일 셀로 하여, 세퍼레이터(또는 바이폴라 플레이트)라고 불리는 전극을 통하여 단일 셀을 복수개 중첩하여 구성된다. A solid polymer fuel cell is constructed by stacking a plurality of single cells through an electrode called a separator (or bipolar plate), with a single polymer sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode.

이 연료전지용의 세퍼레이터 재료에는, 접촉저항이 낮고, 그것이 세퍼레이터로서의 사용 중에 장기간 유지된다고 하는 특성이 요구된다. 이 점에서, 종래부터, 가공성 및 강도의 면도 아울러, 알루미늄 합금, 스테인리스강, 니켈 합금, 타이타늄 합금 등의 금속 재료의 적용이 검토되고 있다. The separator material for this fuel cell is required to have a property that the contact resistance is low and that it is held for a long time during use as the separator. From this point of view, application of metal materials such as aluminum alloys, stainless steels, nickel alloys, titanium alloys, and the like has been studied.

그러나, 이들 재료는 연료전지 세퍼레이터로서 사용할 때에, 그 표면에 형성되는 산화 피막 등에 의해 도전성이 현저하게 열화되는 경향이 있다. 이 때문에, 사용 당초의 접촉저항이 낮아도, 그것을 세퍼레이터로서의 사용 중에 장기간 유지 할 수 없어, 접촉저항이 경시적으로 상승하여 전류 손실을 초래해 버린다고 하는 문제가 있다. 또, 부식에 의해 재료로부터 용출되는 금속 이온에 의해 전해질막을 열화시키는 등의 문제도 있다. However, when these materials are used as fuel cell separators, the conductivity tends to be significantly degraded by an oxide film or the like formed on the surface thereof. For this reason, even if the contact resistance at the beginning of use is low, it cannot hold | maintain it for a long time during use as a separator, and there exists a problem that a contact resistance rises over time and causes a current loss. There is also a problem such as deterioration of the electrolyte membrane by metal ions eluted from the material due to corrosion.

이러한 문제에 대하여, 접촉저항의 상승을 억제하여 도전성을 유지시키고자 하는 기술이 종래부터 제안되어 있다. 예컨대 금속 표면에 도전성 세라믹스 막을 형성시켜, 금속 부식을 억제함과 아울러 도전성을 유지하는 금속 표면에 도전성 세라믹스 막을 형성한 것이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). With respect to such a problem, a technique has been conventionally proposed to maintain the conductivity by suppressing the increase in contact resistance. For example, it is proposed to form a conductive ceramic film on a metal surface, to suppress metal corrosion and to form a conductive ceramic film on a metal surface that maintains conductivity (see Patent Document 1).

또, 금속 표면으로부터 부동태 피막을 제거한 후, 그 표면을 도금 등에 의해 귀금속 피복함으로써 도전성을 보유시키고, 귀금속 피복 후에 압축가공하고, 활성 가스 분위기에서 방식처리한 것이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조). After removing the passivation film from the metal surface, the surface is coated with a noble metal by plating or the like to maintain conductivity, compressing after the noble metal coating, and performing anticorrosive treatment in an active gas atmosphere (see Patent Document 2).

특허문헌 1: 일본 특허공개 제1999-162479호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 1999-162479

특허문헌 2: 일본 특허공개 2003-105523호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-105523

발명의 개시Disclosure of Invention

발명이 해결하고자 하는 과제Problems to be Solved by the Invention

이들 종래기술에 의하면, 세퍼레이터로서의 내구성은 어느 정도 확보할 수 있지만, 도전성 유지(낮은 접촉저항이 세퍼레이터로서의 사용 중에 장기간 유지됨)라고 하는 특성의 점에서는 아직 불충분하다. According to these prior arts, the durability as a separator can be secured to some extent, but is still insufficient in terms of characteristics such as conductivity retention (low contact resistance is maintained for a long time during use as the separator).

예컨대 특허문헌 1의 경우, 세라믹스는 깨지기 쉽기 때문에, 어떠한 충격 등에 의해 세라믹스 막에 크랙이 발생하기 쉽다. 세라믹스 막에 크랙이 생기면, 그 곳으로부터 부식성 물질이 침입하여 기재(금속)가 부식되고, 이 때문에 세라믹스 막의 박리나 갈라짐이 일어나고, 나아가서는 접촉저항이 상승하여 도전성이 저하된다고 하는 문제점이 있다. For example, in the case of Patent Literature 1, since the ceramics are fragile, cracks are likely to occur in the ceramic film due to any impact or the like. If a crack occurs in the ceramic film, a corrosive substance penetrates therefrom, and the substrate (metal) is corroded, which causes peeling or cracking of the ceramic film, and furthermore, a contact resistance rises, thereby degrading conductivity.

특허문헌 2의 경우, 국부적으로 귀금속 박막층이 박리되어 도전성이 저하된다고 하는 문제점이 있다. 즉, 세퍼레이터는 통상은 요철이 만들어져 있기 때문에, 귀금속 박막층을 형성한 후의 압축가공시에, 귀금속 박막층을 균일하게 압축가공하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 귀금속 피막 형성 후의 압축 성형시에, 귀금속층에 크랙이 발생하거나, 귀금속 피막에 국소적인 잔량 응력이 발생하고, 이것이 원인이 되어 국부적으로 귀금속 박막층이 박리되고, 나아가서는 접촉저항이 상승하여 도전성이 저하된다고 하는 문제점이 있다. In the case of patent document 2, there exists a problem that a noble metal thin film layer peels locally and electroconductivity falls. That is, since the separator is usually made of irregularities, it is difficult to uniformly compress the noble metal thin film layer during compression processing after the noble metal thin film layer is formed. For this reason, during compression molding after the formation of the noble metal film, cracks occur in the noble metal layer or local residual stress occurs in the noble metal film, which causes this to locally peel off the noble metal thin film layer, further increasing the contact resistance. There is a problem that the conductivity is lowered.

본 발명은 이러한 사정에 주목하여 이루어진 것으로, 그 목적은 접촉저항값이 낮고, 그 도전성이 장기간에 걸쳐서 안정한 전극용 타이타늄재를 제공하고자 하는 것이다. This invention is made | formed in view of such a situation, The objective is to provide the titanium material for electrodes which is low in contact resistance value and whose electroconductivity is stable over a long period of time.

과제를 해결하기 위한 수단Means to solve the problem

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 전극용 타이타늄재의 요지는 백금족계 원소, Au, Ag 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 귀금속 원소를 함유하는 타이타늄 합금 기재 표면에, 평균 두께가 200nm 이하인, 이 타이타늄 합금 기재로부터 석출시킨 귀금속 원소와, 타이타늄 산화물의 혼합층이 형성되고, 이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가, 하기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 갖고 있는 것이다. Summary of the Invention The titanium material for electrodes according to the present invention for achieving the above object is a titanium alloy having an average thickness of 200 nm or less on the surface of a titanium alloy base material containing one or two or more precious metal elements selected from platinum group-based elements, Au and Ag. The mixed layer of the noble metal element and titanium oxide which precipitated from the base material is formed, and this mixed layer surface and a titanium alloy base material have electroconductivity which becomes 12 m (ohm) * cm <2> or less with the contact resistance value by the following measuring method.

여기에서, 상기 접촉저항은 상기 혼합층이 형성된 판상 타이타늄 합금재의 양면을, 평균 두께 0.3mm의 카본 클로스(cloth)를 각각 사이에 두고, 타이타늄 합금재 상측으로부터 타이타늄 합금재와의 접촉 면적이 1cm2인 구리 전극 및 타이타늄 합금재 하측으로부터 타이타늄 합금재와의 접촉 면적이 1cm2인 구리 전극으로 각각 끼워 넣은 다음에, 유압 프레스에 의해, 구리 전극 및 카본 클로스를 각각 사이에 두고, 타이타늄 합금재의 상하 양측으로부터 면압 5kg/cm2를 부하한 상태에서, 상기 양 구리 전극 사이에 7.4mA의 전류를 흘려보냈을 때의, 상기 양 카본 클로스 사이에서의 전압 강하량을 4단자식 저항계를 사용하여 측정하고, 산출하는 것으로 한다. Here, the contact resistance is that both sides of the plate-shaped titanium alloy material on which the mixed layer is formed, each having a carbon cloth cloth having an average thickness of 0.3 mm therebetween, and the contact area with the titanium alloy material from the upper side of the titanium alloy material is 1 cm 2 . The copper electrode and the titanium alloy material were inserted into the copper electrode having a contact area with the titanium alloy material of 1 cm 2 from the lower side, and then, by a hydraulic press, the copper electrode and the carbon cloth were sandwiched between the upper and lower sides of the titanium alloy material. The voltage drop between the two carbon cloths when a current of 7.4 mA was flowed between the two copper electrodes while a surface pressure of 5 kg / cm 2 was loaded was measured and calculated using a four-terminal ohmmeter. Shall be.

또, 상기 백금족계 원소란 Pd, Pt, Ir, Ru, Rh, Os로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소이다. In addition, the said platinum group type element is 1 type, or 2 or more types of elements chosen from Pd, Pt, Ir, Ru, Rh, Os.

발명의 효과Effects of the Invention

본 발명에서는, 전극용 타이타늄재의 표면에 설치하는 표면층(피막)을 타이타늄 합금 기재에 유래하는 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층으로 한다. 보다 구체적으로는, 미리 타이타늄 합금 기재에 함유시킴과 아울러, 이 타이타늄 합금 기재로부터 석출시킨 귀금속 원소(결정, 입자)와, 이 귀금속 원소를 석출시킨 타이타늄 합금 기재를 열처리하여 새롭게 생성시킨 타이타늄 산화물의 혼합층으로 한다. In this invention, the surface layer (film) provided in the surface of the titanium material for electrodes is made into the mixed layer of the noble metal element derived from a titanium alloy base material, and titanium oxide. More specifically, a mixed layer of a titanium oxide substrate which is previously contained in the titanium alloy substrate and is newly produced by heat-treating the precious metal element (crystal or particle) precipitated from the titanium alloy substrate and the titanium alloy substrate which precipitated the precious metal element. It is done.

이 점에서, 본 발명 전극용 타이타늄재의 표면층은 상기한 종래기술과는 전혀 상이하고, 타이타늄재(타이타늄 합금 기재) 표면에 도전성 세라믹스 막이나 귀금속 도금 피복 등의, 타이타늄재와는 상이한 재료로 이루어지는 피막이나 피복을 외부로부터 별도로 설치하지 않는다. In this respect, the surface layer of the titanium material for electrodes of the present invention is completely different from the above-described prior art, and a film made of a material different from the titanium material such as a conductive ceramic film or a precious metal plating coating on the surface of the titanium material (titanium alloy substrate) Or sheaths are not installed separately from the outside.

이것에 의해, 상기한 종래기술이 이종 재료를 별도 피복하는 점에서 필연적으로 갖는 피막이나 피복의 밀착성이나 박리의 문제는 해소된다. 또, 이종 재료를 별도 피복하는 종래의 경우에는, 전극으로서 사용 후의 것을 스크랩(타이타늄 합금의 용해 원료)으로서 이용할 때에, 이종 재료를 기재의 타이타늄 합금으로부터 분리하고나서, 타이타늄 합금의 용해 원료로서 재이용할 필요가 있다. 이 점에서, 이종 재료를 피복하지 않는 본 발명에 비해, 리사이클성이 뒤떨어진다. Thereby, the problem of the adhesiveness and peeling of the film | membrane and coating which inevitably have in the point which said prior art coat | covers a heterogeneous material separately is eliminated. In the conventional case of separately coating a dissimilar material, when using the used material as a scrap (dissolution raw material of a titanium alloy) as an electrode, the dissimilar material is separated from the titanium alloy of the base material and then reused as a dissolution material of the titanium alloy. There is a need. In this respect, the recyclability is inferior to that of the present invention which does not cover different materials.

게다가, 본 발명과 같이, 타이타늄 합금 기재에 유래하는 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물의 혼합층은, 후술하는 바와 같이, 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하로 되는 우수한 도전성을 갖고, 또한 내식성이나 내구성이 좋기 때문에, 이 도전성(도전 특성)이 장기간에 걸쳐서 안정하다. Furthermore, as in the present invention, the mixed layer of the noble metal elements (crystals and particles) and the titanium oxide derived from the titanium alloy base material has excellent conductivity of 12 mΩ · cm 2 or less in the contact resistance value by the measuring method as described later. In addition, since corrosion resistance and durability are good, this electroconductivity (conductive characteristic) is stable over a long period of time.

본 발명과 같이, 전극용 타이타늄재의 표면에 설치하는 표면층(피막)을 타이타늄 합금 기재에 유래하는 귀금속 원소(결정, 입자)와, 타이타늄 산화물의 혼합층 으로 하지 않으면, 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가, 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하로 되는 우수한 도전성과, 그 장기간에 걸친 안정성은 가질 수 없다. As in the present invention, the surface of the mixed layer and the titanium alloy substrate are the same unless the surface layer (film) provided on the surface of the titanium material for electrodes is a mixed layer of noble metal elements (crystals and particles) derived from the titanium alloy substrate and the titanium oxide. It cannot have the outstanding electroconductivity and stability over the long term which are 12 m (ohm) * cm <2> or less in contact resistance value by a measuring method.

상기 측정방법에 의한 접촉저항값은 측정방법으로서도, 또 접촉저항값으로서도, 엄격한 조건을 선택하고 있다. 이 때문에, 예컨대 타이타늄 합금 기재로부터 석출시킨 귀금속 원소가 아니라, 귀금속 원소를 별도 타이타늄 합금 기재 표면에 피복한 뒤에, 타이타늄 산화물과의 혼합층으로 한 경우에는, 이러한 우수한 도전성은 가질 수 없다. 또, 상기한 종래기술과 같은 별도 피복하는 패턴으로 되기 때문에, 가령 당초의 도전성은 확보할 수 있었다고 해도, 연료전지 세퍼레이터 등으로서 사용할 때에, 상기한 종래기술이 필연적으로 갖는 피막의 밀착성이나 박리의 문제 때문에, 도전성이 현저하게 열화되게 된다. The contact resistance value by the said measuring method selects strict conditions also as a measuring method and a contact resistance value. For this reason, when the noble metal element is not a noble metal element deposited from the titanium alloy base material, for example, and the noble metal element is coated on the surface of the titanium alloy base material separately to form a mixed layer with titanium oxide, such excellent conductivity cannot be obtained. Moreover, since it becomes a pattern which coats separately like the said prior art, even if the original conductivity was ensured, when using it as a fuel cell separator etc., the problem of the adhesiveness and peeling of the film which the said prior art necessarily inevitably has Therefore, the conductivity is significantly degraded.

또, 본 발명과 같이, 전극용 타이타늄재의 표면에 설치하는 표면층(피막)을, 타이타늄 합금 기재에 유래하는 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층으로 했다고 해도, 이들 혼합층의 제작 조건이 나쁘거나, 또는 최적이 아닌 경우에도 당연히 일어날 수 있다. 이러한 경우에는, 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가, 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하로 되는 우수한 도전성과, 그 장기간에 걸친 안정성은 유지할 수 없는 것도 중요하다. Moreover, even if the surface layer (film) provided on the surface of the titanium material for electrodes is made into the mixed layer of the noble metal element and titanium oxide derived from a titanium alloy base material like this invention, the manufacturing conditions of these mixed layers are bad or it is not optimal. Of course it can happen. In such a case, it is also important that the surface of the mixed layer and the titanium alloy base material have excellent conductivity such that the contact resistance value of the measurement method is 12 mΩ · cm 2 or less, and the stability for a long time cannot be maintained.

또한, 후술하는 바와 같이, 타이타늄 합금 기재에 유래하는 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층의 좋고 나쁨(연료전지 세퍼레이터 등으로서의 요구 특성 을 만족하는지 아닌지)을, 이 혼합층을 구성하는 공극률이나 타이타늄 산화물의 피막 두께나 연속성 등에서 정량화, 판별하는 것은, 혼합층이 대단히 박막이기 때문에, 대단히 곤란하다. 또, 혼합층의 좋고 나쁨이 조성 성분이나 조직적인 차에서는 결정되지 않기 때문에, 야금적으로 정량화, 판별하는 것도 대단히 어렵다. In addition, as described later, the mixed layer of the precious metal element derived from the titanium alloy base material and the titanium oxide (whether or not it satisfies the required characteristics as a fuel cell separator, etc.) has the porosity and the film thickness of the titanium oxide constituting the mixed layer. Quantification and discrimination in terms of continuity and the like are very difficult because the mixed layer is very thin. Moreover, since good or bad of a mixed layer is not determined by a composition component or a systematic difference, it is also very difficult to quantify and discriminate metallurgically.

이 때문에, 본 발명에서의 상기 측정방법에 의한 접촉저항값은 단순한 특성의 규정이 아니라, 혼합층에 대한 상기 구성에 의한 판별 또는 야금적인 정량화, 판별을 대신할 수 있거나, 또는, 이러한 판별에 상당할 수 있는, 상기 혼합층의 중요한 판단 기준 내지 평가 기준이라고도 할 수가 있다. For this reason, the contact resistance value by the said measuring method in this invention is not a mere specification of a characteristic, but can replace determination by the said structure with respect to a mixed layer, or metallurgical quantification, determination, or correspond to this determination. It can also be said to be an important criterion or evaluation criterion of the mixed layer.

이러한 본 발명에 의하면, 접촉저항값이 낮고, 그 도전성이 장기간에 걸쳐 안정한 전극용 타이타늄재를 얻을 수 있다. According to this invention, the titanium material for electrodes with a low contact resistance value and the electroconductivity stable for a long time can be obtained.

도 1은 전극용 타이타늄재 표면에 형성시킨 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 발명예 혼합층을 도시하는 도면대용 사진.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The drawing substitute photograph which shows the invention example mixed layer of the noble metal element and titanium oxide formed in the surface of the titanium material for electrodes.

도 2는 전극용 타이타늄재 표면에 형성시킨 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 비교예 혼합층을 도시하는 도면대용 사진.Fig. 2 is a drawing substitute photograph showing a comparative example mixed layer of a noble metal element and titanium oxide formed on the surface of a titanium material for electrodes.

도 3은 전극용 타이타늄재 표면에 형성시킨 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 비교예 혼합층을 도시하는 도면대용 사진.Fig. 3 is a drawing substitute photograph showing a comparative example mixed layer of a noble metal element and titanium oxide formed on the surface of a titanium material for electrodes.

도 4는 접촉저항값 측정용의 장치를 도시하는 설명도.4 is an explanatory diagram showing an apparatus for measuring contact resistance values.

발명을 실시하기To practice the invention 위한 최선의 형태 Best form for

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described.

(타이타늄 합금 기재)(Titanium alloy base material)

본 발명의 타이타늄 합금 기재는, 통상의 방법에 의한 압연이나 단조 공정 등에 의해, 판, 선재 등의 원하는 형상으로 제조할 수 있다. 그리고, 타이타늄 합금 기재에 유래하는 귀금속 원소를 표면에 석출시키고, 또한, 이 석출 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층을 형성시키기 위하여, 전제로서, 백금족 원소(Pd, Pt, Ir, Ru, Rh 및 Os), Au(금), Ag(은)로부터 선택된 귀금속 원소의 1종 또는 2종 이상의 합금원소를 함유시킨다. The titanium alloy base material of this invention can be manufactured in desired shape, such as a board | plate and a wire rod, by the rolling, forging process, etc. by a conventional method. In order to deposit a noble metal element derived from the titanium alloy base material on the surface and to form a mixed layer of the precipitated noble metal element and the titanium oxide, as a premise, platinum group elements (Pd, Pt, Ir, Ru, Rh and Os) One or two or more alloying elements of the noble metal element selected from Au, Gold and Ag are contained.

이들 귀금속 원소를 함유시키는 모재로서의 타이타늄 합금 기재로서는, 연료전지 세퍼레이터 등으로서 요구되는 기계적 특성을 만족하는, 범용의 순타이타늄이나 범용의 타이타늄 합금을 적당하게 선택할 수 있다. 예컨대 하기 타이타늄 합금(표시합금 원소량은 질량%)의 적용이 예시된다. As a titanium alloy base material as a base material which contains these noble metal elements, general-purpose pure titanium and general-purpose titanium alloy which satisfy | fill the mechanical characteristic calculated | required as a fuel cell separator etc. can be selected suitably. For example, application of the following titanium alloy (indicated alloy element amount in mass%) is illustrated.

Ti-0.4Ni-0.015Pd-0.025Ru-0.14Cr(JIS 규격 14종, 15종), Ti-0.05Pd(JIS 규격 17종, 18종), Ti-0.05Pd-0.3Co(JIS 규격 19종, 20종), Ti-0.05Ru-0.5Ni(JIS 규격 21종, 22종, 23종), Ti-0.1Ru. Ti-0.4Ni-0.015Pd-0.025Ru-0.14Cr (14 kinds of JIS standard, 15 kinds), Ti-0.05Pd (17 kinds of JIS standard, 18 kinds), Ti-0.05Pd-0.3Co (19 kinds of JIS standard, 20 kinds), Ti-0.05Ru-0.5Ni (21 kinds, 22 kinds, 23 kinds of JIS standard), Ti-0.1Ru.

또한, 기재의 타이타늄 합금에는, 인장 강도 등의 기계 특성을 조정하기 위해서, 0, H, N, Fe, C 등의 원소를 필요에 따라 첨가하는 것이 가능하다. 또, 기재의 타이타늄 합금의 표면상태로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상의 산세처리재, 광휘 어닐링(bright annealing), 연마처리재 등이 적용가능하다. Moreover, in order to adjust mechanical properties, such as tensile strength, it is possible to add elements, such as 0, H, N, Fe, C, to a titanium alloy of a base material as needed. The surface state of the titanium alloy of the base material is not particularly limited, and ordinary pickling materials, bright annealing, polishing materials and the like are applicable.

(귀금속 원소의 함유량)(Content of precious metal element)

타이타늄 합금 기재 중의 귀금속 원소는, 후술하는 산 용액에 의한 석출 처리에서, Ti가 선택적으로 부식되고 용출되는 결과, 기재 표면에 석출, 농축하여 도전층을 형성한다. 귀금속 원소의 함유량이 극히 미량이어도, 석출 처리에서의 Ti의 용출량을 늘려 가면, 석출 귀금속 원소량을 확보할 수 있어, 접촉저항의 저감에 유효한 도전층이 형성되게 된다. The precious metal element in the titanium alloy base material precipitates and concentrates on the surface of the base material to form a conductive layer as a result of Ti being selectively corroded and eluted in the precipitation treatment by an acid solution described later. Even if the content of the noble metal element is extremely small, increasing the amount of Ti eluted in the precipitation treatment ensures the amount of the deposited noble metal element, thereby forming a conductive layer effective for reducing the contact resistance.

단, 타이타늄 합금 기재에서 미리 함유시키는 귀금속 원소의 함유량이 지나치게 적으면, 용출시키는 Ti의 비용이 높아져, 귀금속 원소의 석출에 장시간을 필요로 한다. 또, 귀금속 원소의 석출을 포함하여, 혼합층 형성 조건이 나쁘면, 상기 타이타늄 합금 기재로의 석출에 의해, 타이타늄 산화물과의 혼합층을 형성시킬 수 없을 가능성이 있다. 또, 혼합층을 형성할 수 있었다고 해도, 이 혼합층이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하로 되는 우수한 도전성과, 그 장기간에 걸친 안정성을 가질 수 없을 가능성이 있다. However, when the content of the noble metal element previously contained in the titanium alloy base material is too small, the cost of Ti to elute becomes high, and a long time is required for the precipitation of the noble metal element. Moreover, when mixed layer formation conditions are bad including precipitation of a noble metal element, precipitation to the said titanium alloy base material may not be able to form a mixed layer with a titanium oxide. The possibility is not even if there is possible to form a mixed layer, the mixed layer can have excellent conductivity and stability over the long term to be in contact resistance due to the way the measured mixed-layer surface and the titanium alloy substrate with 12mΩ · cm 2 or less There is this.

한편, 귀금속 원소의 함유량이 지나치게 많으면, 고가로 되어 경제적인 전극용 타이타늄재를 제조할 수 없다. 또한, 전극용 타이타늄재의 기계적 성질이나 가공성도 저하시킬 우려가 있다. 또, 혼합층 형성을 위해서는, 상기한 바와 같이, 귀금속 원소를 대량으로 함유시킬 필요는 없다. On the other hand, when there is too much content of a noble metal element, it becomes expensive and it cannot manufacture economical titanium material for electrodes. Moreover, there exists a possibility that the mechanical property and workability of the titanium material for electrodes may also be reduced. In addition, in order to form a mixed layer, as mentioned above, it is not necessary to contain a noble metal element in large quantities.

이것들의 점에서는, 타이타늄 합금 기재에서의, 이들 귀금속 원소의 함유량은 함유하는 귀금속 원소의 합계로 0.005 내지 1.0질량%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5질량%, 더더욱 바람직하게는 0.03 내지 0.3질량%로 한다. From these points, it is preferable that content of these noble metal elements in a titanium alloy base material is 0.005-1.0 mass% in the sum total of the noble metal element to contain. More preferably, it is 0.01-0.5 mass%, More preferably, you may be 0.03-0.3 mass%.

(귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층)(Mixed layer of precious metal element and titanium oxide)

다음에, 본 발명에서의, 전극용 타이타늄재 표면에 형성하는 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물의 혼합층에 대하여 이하에 설명한다. Next, the mixed layer of the noble metal element (crystal, particle | grain) and titanium oxide formed in the surface of the titanium material for electrodes in this invention is demonstrated below.

(박막)(pellicle)

본 발명에서의 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물의 혼합층은 타이타늄 합금 기재에 유래하는, 평균 두께가 200nm 이하의 박막이다. 이 점에서, 상기한 종래기술이 이종 재료를 타이타늄재 표면에 별도 피복하는 것과 같은 피막이나 피복은 mm 또는 ㎛ 단위의 후막으로, 이 피막 두께의 점에서도, 본 발명에서의 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물의 혼합층은 특징지어진다. The mixed layer of the noble metal element (crystal, particle) and titanium oxide in this invention is a thin film with an average thickness of 200 nm or less derived from a titanium alloy base material. In this respect, the coating or coating such that the above-described prior art separately coats the dissimilar material on the surface of the titanium material is a thick film in mm or μm, and in view of the thickness of the film, the precious metal element (crystal, particle) ) And a mixed layer of titanium oxide are characterized.

(접촉저항값)(Contact resistance value)

본 발명에서의, 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층의 특성은 이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가, 하기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하, 바람직하게는(보다 엄격하게는) 9mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 갖고 있는 것이다. 종래 세퍼레이터용 재료로서 개발이 진척되고 있는 카본 재료를 하기 측정방법으로 접촉저항을 측정하면 약 15mΩ·cm2가 된다. 이 때문에, 본 발명의 세퍼레이터용 재료의 접촉저항값은 이것보다 우수한 12mΩ·cm2 이하로 했다. 상기 접촉저항값이 지나치게 높을 경우에는, 전극용 타이타늄재 내지 세퍼레이터로서의 사용 중의 전류손실이 커져, 전극용 타이타늄재 내지 세퍼레이터로서 부적합하다.In the present invention, the characteristics of the mixed layer of the noble metal element and the titanium oxide are 12 mΩ · cm 2 or less, preferably (more strictly) 9 mΩ · in the contact resistance value of the mixed layer surface and the titanium alloy substrate by the following measuring method. It has electroconductivity to be cm 2 or less. A carbon material, which has been developed as a separator material in the past, is measured to have a contact resistance of about 15 mΩ · cm 2 by the following measuring method. For this reason, the contact resistance value of the separator material of this invention was set to 12 m (ohm) * cm <2> or less which was superior to this. When the said contact resistance value is too high, the current loss in use as an electrode titanium material or a separator will become large, and it is unsuitable as an electrode titanium material or a separator.

상기 접촉저항값 특성은 혼합층을 미리 타이타늄 합금 기재에 함유시킴과 아울러, 이 타이타늄 합금 기재로부터 석출시킨 귀금속 원소와, 이 귀금속 원소를 석출시킨 타이타늄 합금 기재를 열처리하여 생성시킨 타이타늄 산화물과의 혼합층으로 함으로써 얻어진다. 타이타늄 합금 기재에 유래하는 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층은 우수한 도전성을 갖고, 또한 내식성이나 내구성이 좋기 때문에, 이 도전성이 장기간에 걸쳐 안정하다. The contact resistance value characteristics are obtained by incorporating a mixed layer in a titanium alloy substrate in advance and by using a mixed layer of a noble metal element precipitated from the titanium alloy substrate and a titanium oxide produced by heat treatment of the titanium alloy substrate on which the precious metal element is deposited. Obtained. Since the mixed layer of the noble metal element and titanium oxide derived from a titanium alloy base material has the outstanding electroconductivity, and since corrosion resistance and durability are good, this electroconductivity is stable over a long period of time.

도 1 내지 3에, 전극용 타이타늄재 표면에 형성시킨, 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층을 750000 배율의 TEM에 의한 단면 조직 사진으로서 나타낸다. 도 1이 본 발명에서의 전극용 타이타늄재 표면에 형성시킨 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물의 혼합층이다. 이 도 1의 본 발명예는 후술하는 실시예에서의 발명예 4이며, 후술하는 바람직한 조건(형성방법)으로 혼합층을 제작하였다.1 to 3 show a mixed layer of a noble metal element and a titanium oxide formed on the surface of a titanium material for electrodes as a cross-sectional structure photograph by TEM at 750000 magnification. 1 is a mixed layer of noble metal elements (crystals and particles) and titanium oxide formed on the surface of an electrode titanium material according to the present invention. This invention example of FIG. 1 is invention example 4 in the Example mentioned later, and produced the mixed layer on the preferable conditions (forming method) mentioned later.

이에 반해, 도 2는, 비교로서, 후술하는 바람직한 조건으로 귀금속 원소를 석출시켰지만, 열처리되지 않은 점만이 상이한, 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물의 혼합층이다. 이 도 2는 후술하는 실시예에서의 비교예 2이다. On the other hand, FIG. 2 is a mixed layer of noble metal elements (crystals, particles) and titanium oxide, which differ only in the point of not being heat-treated, although the noble metal elements were precipitated under the preferable conditions described later as a comparison. This is a comparative example 2 in the Example mentioned later.

도 3은, 비교로서, 후술하는 바람직한 조건으로 귀금속 원소를 석출시켰지만, 산소가 많은 대기 분위기하에서 열처리한 점만이 상이한, 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물의 혼합층이다. 이 도 3은 후술하는 실시예에서의 비교예 3이다. FIG. 3 is a mixed layer of noble metal elements (crystals, particles) and titanium oxide, which differ only in the point of heat treatment in an oxygen-rich air atmosphere, although a precipitate is precipitated under the preferable conditions described later. 3 is a comparative example 3 in Examples described later.

도 1 내지 3 모두, 혼합층은 석출한 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물 입자가 혼합되어 형성되어 있는 것을 알 수 있다. It can be seen from FIGS. 1 to 3 that the mixed layer is formed by mixing the precipitated noble metal elements (crystals and particles) and the titanium oxide particles.

또, 도 1과 같은 혼합층의 상기 치밀 구조는 타이타늄 산화물 입자가 환경의 부식성 물질의 확산 장벽이 되어, 기재인 타이타늄 합금을 방식하는 작용이 있다. 따라서, 내식성, 내구성을 갖는 혼합층으로 되어, 도전성(도전 특성)을 장기간에 걸쳐 안정시킨다. In addition, the dense structure of the mixed layer as shown in FIG. 1 has a function of preventing titanium oxide particles from becoming a diffusion barrier of corrosive substances in the environment, thereby preventing a titanium alloy as a substrate. Therefore, it becomes a mixed layer which has corrosion resistance and durability, and stabilizes electroconductivity (conductive property) over a long period of time.

이에 반해, 도 2의 혼합층은 공극(간극)이 많고 성긴 모양이다. 또, 혼합층 중의 타이타늄 기재측의 타이타늄 산화물의 피막은 두껍고 연속되어 있다. 또, 도 3의 혼합층은 치밀하지만, 혼합층 중의 타이타늄 기재측의 타이타늄 산화물의 피막이 보다 두껍고 연속되어 있다. In contrast, the mixed layer of FIG. 2 has a large spacing and a sparse shape. Moreover, the film of titanium oxide in the titanium base material side in a mixed layer is thick and continuous. Moreover, although the mixed layer of FIG. 3 is dense, the film of titanium oxide in the titanium base material side in a mixed layer is thicker and continuous.

이들 혼합층에는, 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서는, 도 1의 본 발명 혼합층이 6mΩ·cm2이고, 도 2의 비교예 혼합층이 37mΩ·cm2, 도 3의 비교예 혼합층이 402mΩ·cm2이라고 하는 명확한 접촉저항값의 차가 있다. 도 2, 3의 혼합층과 같이, 공극(간극)이 많고 성긴 모양이거나, 혼합층 중의 타이타늄 기재측의 타이타늄 산화물의 피막은 두껍고 연속되어 있는 경우, 접촉저항값은 필연적으로 12mΩ·cm2 이하로는 되지 않는다. The mixed layer has, in the contact resistance value by the above measurement method, also the present invention is a mixed layer Comparative Example the mixed layer of 6mΩ · and cm 2, this Comparative Example the mixed layer of Figure 2 37mΩ · cm 2, 3 of 1 402mΩ · cm 2 There is a clear difference in contact resistance. As shown in the mixed layers shown in Figs. 2 and 3, when the voids are many and sparse, or when the titanium oxide film on the titanium substrate side in the mixed layer is thick and continuous, the contact resistance value necessarily becomes 12 mΩ · cm 2 or less. Do not.

또한, 도 2의 혼합층과 같이, 공극(간극)이 많고 성긴 모양인 경우, 사용환경에서 염화물 이온, 황화물 이온 등의 부식성 물질이 침입하여, 기재의 타이타늄 합금을 부식시킨다. 기재의 타이타늄 합금이 부식되면, 부식 생성물에 의한 체적 팽창 때문에 상기 농화층의 박리가 일어나거나, 부식 생성물 그 자체의 전기 저항 때문에, 접촉저항이 상승하여 도전성이 저하된다. In addition, as shown in the mixed layer of FIG. 2, when the gap is large and sparse, corrosive substances such as chloride ions and sulfide ions penetrate into the environment to corrode the titanium alloy of the substrate. When the titanium alloy of the base material corrodes, peeling of the thickened layer occurs due to volume expansion caused by the corrosion product, or due to the electrical resistance of the corrosion product itself, the contact resistance rises and the conductivity decreases.

도 1의 본 발명 혼합층과, 도 2, 3의 비교예 혼합층의 대비에서, 공극(간극)이 많은지 치밀한지, 또는, 혼합층의 타이타늄 기재측의 타이타늄 산화물의 피막은 두껍고 연속되어 있는지, 얇고 불연속인지, 등의 정성적인 차이를 알 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 이들 혼합층의 차이를 공극률이나 타이타늄 산화물의 피막 두께나 연속성 등에서 정량화한다는 것은 혼합층이 대단히 박막이기 때문에, 대단히 곤란하다. 또, 이들 혼합층은 조성 성분이나 조직적으로는 거의 동일하여, 야금적으로 판별하는 것도 대단히 어렵다. In contrast between the inventive mixed layer of FIG. 1 and the comparative example mixed layer of FIGS. 2 and 3, are there many voids (gaps) or dense, or is the film of titanium oxide on the titanium substrate side of the mixed layer thick, continuous, thin or discontinuous? The qualitative difference of, etc. can be seen. However, as described above, it is very difficult to quantify the difference between these mixed layers in terms of porosity, film thickness, continuity, etc. of the titanium oxide, because the mixed layer is very thin. In addition, these mixed layers are almost identical in composition and structure, and are difficult to discriminate metallurgically.

이 때문에, 본 발명에서의 상기 측정방법에 의한 접촉저항값은, 상기한 바와 같이, 단순한 특성의 규정이 아니다. 즉, 본 발명에서의 접촉저항값은, 혼합층에 대한, 상기 구성에 의한 판별 또는 야금적인 정량화, 판별을 대신할 수 있거나, 또는, 이러한 판별에 상당할 수 있는, 상기 혼합층의 연료전지 세퍼레이터 등으로서의 요구 특성을 만족하는지 아닌지의 중요한 판단 기준 내지 평가 기준이다. For this reason, the contact resistance value by the said measuring method in this invention is not a regulation of a simple characteristic as mentioned above. That is, the contact resistance value in the present invention can be used as a fuel cell separator or the like of the mixed layer, which can replace the mixed layer, the metallurgical quantification, or the determination by the above-described configuration, or can correspond to such discrimination. It is an important criterion or evaluation criterion of whether or not the required characteristic is satisfied.

(접촉저항값 측정방법)(Measuring method of contact resistance value)

도 4에 상기 접촉저항을 측정하는 장치의 태양을 나타낸다. 도 4에서, 1은 판상 타이타늄 합금재, 2는 카본 클로스, 3은 구리 전극이다. 여기에서, 상기 혼합층이 형성된 판상 타이타늄 합금재(1)의 양면을 평균 두께 0.3mm의 카본 클로스(2a, 2b)를 각각 사이에 두고, 타이타늄 합금재(1) 상측으로부터, 타이타늄 합금재(1)와의 접촉 면적이 1cm2인 구리 전극(3a)에 의해, 및 타이타늄 합금재(1) 하측으로부터, 타이타늄 합금재(1)와의 접촉 면적이 1cm2인 구리 전극(3b)에 의해, 각각 사이에 끼운다. 게다가, 도시하지 않은 유압 프레스에 의해, 구리 전극(3a, 3b) 및 카본 클로스(2a, 2b)를 각각 사이에 두고, 타이타늄 합금재(1)의 상하 양측으로부터 면압 5kg/cm2를 부하한다. 그리고, 이 상태에서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 양 구리 전극(3a, 3b) 사이에 7.4mA의 전류를 전류선(4)으로 흘렸을 때의, 양 카본 클로스(2a, 2b) 사이에서의 전압 강하량을 전압선(5)에 의해 측정하는 4단자식 저항계를 사용하여 접촉저항을 산출하는 것으로 한다. 4 shows an embodiment of a device for measuring the contact resistance. In Fig. 4, 1 is a plate-like titanium alloy material, 2 is carbon cloth, and 3 is copper electrode. Here, both surfaces of the plate-shaped titanium alloy material 1 on which the mixed layer is formed are sandwiched between carbon cloths 2a and 2b each having an average thickness of 0.3 mm, and the titanium alloy material 1 from above the titanium alloy material 1. this with the contact area 1cm by two copper electrodes (3a), and the titanium alloy material 1 is from the lower side, the contact area with the titanium alloy material 1 1cm 2 of copper electrode (3b) by, sandwiched between each . In addition, by the hydraulic press which is not shown in figure, surface pressure 5 kg / cm <2> is loaded from both the upper and lower sides of the titanium alloy material 1 with the copper electrodes 3a and 3b and the carbon cloth 2a and 2b interposed therebetween. In this state, as shown in FIG. 4, when the current of 7.4 mA flows through the current line 4 between the two copper electrodes 3a and 3b, the two carbon cloths 2a and 2b are separated. It is assumed that a contact resistance is calculated using a four-terminal ohmmeter for measuring the voltage drop by the voltage line 5.

이 4단자식 저항계는 전류선(4)과 전압선(5)을 별도로 하고 있기 때문에, 배선의 저항분이 오차로서 발생하지 않아, 비교적 정밀한 접촉저항의 측정이 가능하다. Since the four-terminal ohmmeter separates the current line 4 and the voltage line 5, the resistance of the wiring does not occur as an error, so that a relatively precise contact resistance can be measured.

이 측정방법에 의한 접촉저항값은, 측정방법으로서도, 상기 카본 클로스의 사용이나 상기 면압 실제의 세퍼레이터에서의 사용을 상정한 엄격한 조건을 선택하고 있다. 또 접촉저항값으로서도 마찬가지로 엄격한 조건을 선택하고 있다. The contact resistance value by this measuring method selects the stringent conditions which assumed the use of the said carbon cloth and the use of the said surface pressure actual separator also as a measuring method. In addition, the strict conditions are similarly selected as the contact resistance value.

이 측정 조건이 다르면, 당연히 얻어지는 접촉저항값도 달라져 간다. 타이타늄 합금재(1)의 판 두께가 0.3 내지 3.0mm까지의 통상의 전극용 타이타늄 합금판의 범위에서는, 접촉저항값은 거의 변화되지 않는다. 그러나, 예컨대 상기 유압 프레스에 의한 면압이 보다 높게 되면, 접촉저항값은 내려가고, 실제의 세퍼레이터에서의 사용을 상정한 경우의 평가로서는 맞지 않게 되어, 실제의 세퍼레이터용으로서는 부적당하게 되는 경우도 일어날 수 있다. 또, 측정 전극의 접촉면에 금 도금을 시행한 경우, 상기 카본 클로스를 사용하지 않은 경우 등도 마찬가지이다. If these measurement conditions differ, naturally the contact resistance obtained will also change. The contact resistance value hardly changes in the range of the normal titanium alloy plate for electrodes whose plate | board thickness of the titanium alloy material 1 is 0.3-3.0 mm. However, if, for example, the surface pressure by the hydraulic press is higher, the contact resistance value decreases, which is not suitable for the evaluation in the case where the use in the actual separator is assumed, and may be unsuitable for the actual separator. have. The same applies to the case where the gold plating is applied to the contact surface of the measuring electrode, and the carbon cloth is not used.

(혼합층의 두께)(Thickness of mixed layer)

본 발명에서의 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물의 혼합층은, 상기한 바와 같이, 타이타늄 합금 기재에 유래하는 평균 두께가 200nm 이하의 박막이다. 타이타늄 합금 기재에 유래하는 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물로 혼합층을 형성하고자 한다면, 평균 두께가 200nm를 넘어 두껍게 하는 것은 곤란하며, 그 필요성도 없다. 따라서, 본 발명에서 규정하는 혼합층의 평균 두께가 200nm 이하는 상기한 종래기술과 같이, mm 또는 ㎛ 단위의 후막인, 이종 재료를 타이타늄재 표면에 별도 피복하는 것과 같은 피막이나 피복과 구별하기 위해서이다. As mentioned above, the mixed layer of the noble metal element (crystal, particle) and titanium oxide in this invention is a thin film whose average thickness derived from a titanium alloy base material is 200 nm or less. If a mixed layer is to be formed from a noble metal element (crystal, particle) and titanium oxide derived from a titanium alloy base material, it is difficult to thicken the average thickness beyond 200 nm, and there is no need for it. Therefore, the average thickness of the mixed layer defined in the present invention is 200 nm or less, in order to distinguish it from a coating or coating such as a separate coating of a different material, which is a thick film in mm or μm, on the surface of a titanium material, as described above. .

단지, 본 발명에서의 귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물의 혼합층에도 바람직한 두께는 있으며, 이 혼합층의 평균 두께는 10 내지 100nm인 것이 바람직하다. 평균 두께가 지나치게 얇으면, 내식성이나 내구성이 단기적으로 저하된다. 한편, 평균 두께가 지나치게 두꺼우면, 산화층이 두꺼워져 Pd가 혼합층의 최표면과 기재를 도통할 수 없게 되어, 접촉저항값이 12mΩ·cm2 이하로 되지 않을 가능성도 생긴다. 또, 막 응력이 커져, 혼합층 내에서 박리나 크랙이 발생하기 쉬워, 내식성이나 내구성도 저하된다. However, there is also a preferred thickness in the mixed layer of the noble metal element (crystal, particle) and titanium oxide in the present invention, and the average thickness of the mixed layer is preferably 10 to 100 nm. If the average thickness is too thin, the corrosion resistance and durability deteriorate in the short term. On the other hand, when the average thickness is too thick, the oxide layer becomes thick, so that Pd cannot conduct the outermost surface of the mixed layer and the base material, and there is a possibility that the contact resistance value does not become 12 mΩ · cm 2 or less. Moreover, a film stress becomes large, peeling and a crack occur easily in a mixed layer, and corrosion resistance and durability also fall.

이 혼합층의 평균 두께는, 상기 도 1과 같이, 75000배율의 TEM(투과형 전자현미경)으로, 타이타늄재 중앙부의 임의의 10개소의 표층부를 관찰하여 측정하고, 평균화한다. As shown in Fig. 1, the average thickness of the mixed layer is a TEM (transmission electron microscope) with a magnification of 75000, and observes, measures and averages 10 surface areas at arbitrary portions of the titanium material central portion.

(혼합층의 귀금속 원소 함유량)(Noble metal element content of mixed layer)

귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층 중의 귀금속 원소의 평균 함유량은 합계로 1 내지 90원자%인 것이 바람직하다. 혼합층 중의 귀금속 원소의 함유량이 지나치게 적으면, 혼합층의 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하로 되지 않을 가능성도 생긴다. 한편, 혼합층의 접촉저항값을 12mΩ·cm2 이하로 하기 위해서는, 귀금속 원소를 그다지 많이 함유시킬 필요는 없다. It is preferable that the average content of the noble metal element in the mixed layer of a noble metal element and a titanium oxide is 1-90 atomic% in total. If the content of the noble metal element in the mixed layer is too small, there is a possibility that the contact resistance value of the mixed layer does not become 12 mΩ · cm 2 or less. On the other hand, in order to make the contact resistance value of a mixed layer into 12 m (ohm) * cm <2> or less, it is not necessary to contain much noble metal element.

이 혼합층의 귀금속 원소 함유량은, 예컨대 X선 광전자 분광 분석(XPS)에 의해, 타이타늄재 중앙부의 임의의 10개소의 표층부(귀금속 원소의 농화층)를 측정하고, 평균화한다. 이것에 의해, Ti 및 귀금속 원소의 농도를 깊이 방향을 따라 측정하여, 농도 프로필을 얻는다. 이 농도 프로필에서, 귀금속 원소 농도가 피크를 나타내는 깊이에서의 귀금속 원소 및 Ti의 농도를 판독하고, 이것들의 비, 즉 100×B1/(A+B1)을 농화층에서의 귀금속 원소 농도로 정의한다. 또한, 귀금속 원소 농도가 피크를 나타내지 않는 경우에는, 최표면에서의 귀금속 원소와 Ti의 농도의 비를 귀금속 원소 농도로 한다. The noble metal element content of this mixed layer measures and averages 10 arbitrary surface layer parts (concentrated layers of a noble metal element) by the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), for example. Thereby, the density | concentration of Ti and a noble metal element is measured along a depth direction, and a concentration profile is obtained. In this concentration profile, the concentrations of the noble metal element and Ti at the depth at which the noble metal element concentration shows the peak are read, and their ratio, that is, 100 x B1 / (A + B1), is defined as the concentration of the noble metal element in the concentrated layer. . In addition, when the noble metal element concentration does not show a peak, the ratio of the concentration of the noble metal element and Ti at the outermost surface is taken as the noble metal element concentration.

여기에서, 귀금속 원소의 농화층에서의 귀금속 원소의 농도는 귀금속 원소의 농화층 중의 Ti량과 귀금속 원소량(합계량)의 합계량에 대한 이 귀금속 원소량(합계량)의 비율이다. 즉, 귀금속 원소의 농화층 중의 Ti량을 A, 귀금속 원소량(합계량)을 B로 하면, 귀금속 원소의 농화층에서의 귀금속 원소의 농도(원자%)=100×B/(A+B)이다. 귀금속 원소가 2종 포함되어 있는 경우, 각각의 양을 B1, B2라고 하면, B=B1+B2이며, 귀금속 원소의 농화층에서의 귀금속 원소의 농도(원자%)=100×(B1+B2)/(A+B1+B2)이다. 귀금속 원소가 3종 포함되어 있는 경우, 각각의 양을 B1, B2, B3이라고 하면, B=B1+B2+B3이며, 귀금속 원소의 농화층에서의 귀금속 원소의 농도(원자%)=100×(B1+B2+B3)/(A+B1+B2+B3)이다. Here, the concentration of the noble metal element in the concentrated layer of the noble metal element is a ratio of the amount of the noble metal element (total amount) to the total amount of Ti in the concentrated layer of the noble metal element and the amount of the noble metal element (total amount). That is, when Ti amount in the concentrated layer of the noble metal element is A and the amount of the noble metal element (total amount) is B, the concentration (atomic%) of the precious metal element in the concentrated layer of the noble metal element is 100 × B / (A + B). . In the case where two kinds of precious metal elements are included, each amount of B 1 and B 2 is B = B 1 + B 2 , and the concentration (atomic%) of the precious metal element in the concentrated layer of the precious metal element is 100 × ( B 1 + B 2 ) / (A + B 1 + B 2 ). In the case where three kinds of precious metal elements are included, the amount of B 1 , B 2 and B 3 is B = B 1 + B 2 + B 3 , and the concentration of the precious metal element in the concentrated layer of the precious metal element (atoms %) = 100 × (B 1 + B 2 + B 3 ) / (A + B 1 + B 2 + B 3 ).

(혼합층의 제작 방법)(Production method of mixed layer)

본 발명에서의 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층의 제작은, 우선, 타이타늄 합금 기재 중으로부터 귀금속 원소를 기재 표면에 석출시키고, 이어서, 귀금속 원소를 석출시킨 타이타늄 합금 기재 표면에 타이타늄 산화물를 새롭게 생성시켜 행한다. Preparation of the mixed layer of a noble metal element and a titanium oxide in this invention is first performed by precipitating a noble metal element from a titanium alloy base material on a surface of a base material, and then generating a titanium oxide newly on the surface of the titanium alloy base material which precipitated a noble metal element.

이러한 혼합층의 작성 방법에 의하면, 초기의 접촉저항이 낮고, 또한, 내식성이 우수하여 내구성이 높고, 장기간에 걸쳐 접촉저항이 상승하기 어려워, 도전성의 저하가 발생하기 어려운, 바꿔 말하면, 접촉저항의 상승에 의한 도전성의 저하가 발생하기 어려워, 고도전성을 유지할 수 있는 전극용 타이타늄재를 얻을 수 있다. According to the method for preparing such a mixed layer, the initial contact resistance is low, the corrosion resistance is excellent, the durability is high, the contact resistance hardly rises over a long period of time, and the drop in conductivity is unlikely to occur. It is hard to produce the fall of electroconductivity by this, and the titanium material for electrodes which can maintain high electrical conductivity can be obtained.

(산 용액 처리)(Acid solution treatment)

타이타늄 합금 기재 중으로부터의 귀금속 원소의 기재 표면으로의 석출은 타이타늄 합금 기재의 비산화성의 산과 산화성의 산을 포함하는 산 용액 처리에 의해 행한다. Precipitation of the noble metal element from the titanium alloy substrate to the substrate surface is performed by an acid solution treatment containing a non-oxidizing acid and an oxidizing acid of the titanium alloy substrate.

타이타늄 합금 기재를 비산화성의 산을 포함하는 산 용액 중에 침지하면, 용액 중에서 귀금속 원소가 극미량 용해된다. 이 용액이 비산화성의 산을 포함함과 아울러 산화성의 산을 포함하는 경우, 용액 중에서 극미량 용해되는 귀금속 원소를 재석출시켜, 귀금속 원소의 타이타늄 합금 기재 표면으로의 농화를 촉진하기 때문에, 귀금속 원소의 농도가 충분히 높은 석출층(농화층)을 형성하기 쉬워진다. When a titanium alloy base material is immersed in the acid solution containing non-oxidizing acid, a trace amount of a noble metal element dissolves in a solution. When the solution contains a non-oxidizing acid and an oxidizing acid, the precious metal element dissolved in the trace amount is reprecipitated in the solution to promote the concentration of the precious metal element on the surface of the titanium alloy base material. It becomes easy to form the precipitation layer (concentration layer) with high density | concentration sufficiently.

또한, 산화성의 산이란, 이 산 용액에 타이타늄 합금 기재를 침지했을 때에, 이들 금속의 표면에 산화 피막을 형성시키는 것과 같은 특성을 갖는 산이다. 비산화성의 산이란, 이 산 용액에 타이타늄 합금 기재를 침지했을 때에, 이들 금속의 표면에 산화 피막을 형성시키는 것과 같은 특성을 가지고 있지 않은 산이다. In addition, an oxidizing acid is an acid which has the characteristics like forming an oxide film on the surface of these metals when a titanium alloy base material is immersed in this acid solution. A non-oxidizing acid is an acid which does not have the characteristic of forming an oxide film on the surface of these metals when a titanium alloy base material is immersed in this acid solution.

비산화성의 산을 포함하는 용액은 물 등의 용매에 비산화성의 산을 첨가하여 혼합한 것일 수도 있고, 물 등의 용매에 용해하여 비산화성의 산으로 되는 염(예컨대 염화제2철)을 물 등의 용매에 첨가하여 용해한 것일 수도 있다. 이것들은 모두 비산화성의 산을 포함하는 용액으로서 사용할 수 있다. 산화성의 산을 포함하는 용액은 물 등의 용매에 산화성의 산을 첨가하여 혼합한 것일 수도 있고, 물 등의 용매에 용해하여 산화성의 산으로 되는 염을 물 등의 용매에 첨가하여 용해한 것일 수도 있다. 이것들은 모두 산화성의 산을 포함하는 용액으로서 사용할 수 있다. 용액은 수용액에 한정되지 않고, 유기용매 등에 산이 용해된 비수용액일 수도 있다. The solution containing the non-oxidizing acid may be mixed by adding a non-oxidizing acid to a solvent such as water, or may be dissolved in a solvent such as water to form a salt (eg, ferric chloride) which becomes a non-oxidizing acid. It may be added to such a solvent and dissolved. These can all be used as a solution containing a non-oxidizing acid. The solution containing the oxidizing acid may be a mixture of an oxidizing acid added to a solvent such as water, or may be dissolved in a solvent such as water. . These can all be used as a solution containing an oxidizing acid. The solution is not limited to an aqueous solution, and may be a non-aqueous solution in which an acid is dissolved in an organic solvent or the like.

산화성의 산으로서는 질산이 바람직하다. 질산: 0.1 내지 40질량%를 포함하는 경우, 전술의 귀금속 원소의 재석출이 보다 확실하게 일어나, 귀금속 원소의 표면 석출(농화)을 보다 촉진할 수 있다. 이 질산의 농도가 0.1질량% 미만인 경우, 상기의 표면 농화의 촉진의 효과가 저하되고, 40 질량% 초과의 경우, Ti의 부동태화가 일어나 Ti의 선택 용해가 일어나기 어렵게 되고, 나아가서는 충분한 귀금속 원소의 석출(농화)층을 형성하기 어렵게 된다는 경향이 있다. 이 때문에, 질산의 농도는 0.1 내지 40질량%로 하는 것이 바람직하고, 더욱이 1 내지 30%로 하는 것이 보다 바람직하다. 귀금속 원소 석출(농화)층의 밀착성도 고려하면, 질산의 농도는 1 내지 20질량%로 하는 것이 더욱 바람직하다. As an oxidizing acid, nitric acid is preferable. When it contains 0.1-40 mass% of nitric acid, reprecipitation of the said noble metal element arises more reliably, and can accelerate surface precipitation (concentration) of a noble metal element more. When the concentration of the nitric acid is less than 0.1% by mass, the effect of promoting the surface thickening is lowered. When the concentration of the nitric acid is more than 40% by mass, the passivation of Ti occurs, making it difficult to selectively dissolve Ti. It tends to be difficult to form a precipitation (thickening) layer. For this reason, the concentration of nitric acid is preferably 0.1 to 40% by mass, more preferably 1 to 30%. In consideration of the adhesion of the noble metal element precipitation (concentration) layer, the concentration of nitric acid is more preferably 1 to 20% by mass.

비산화성의 산으로서는 불화 수소(HF), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 인산(H3PO3), 폼산(HCOOH), 옥살산[(COOH)2]이 바람직하다. As the non-oxidizing acid, hydrogen fluoride (HF), hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 3 ), formic acid (HCOOH), and oxalic acid [(COOH) 2 ] are preferable.

이들 산을 하기 소정량 포함하는 경우, 보다 확실하게 귀금속 원소의 농도가 충분히 높은 석출(농화)층을 형성할 수 있다. 이들 산의 농도가 낮을 경우, 예컨대 염산 농도가 1.0질량% 미만인 경우, Ti의 선택 용해 속도가 대단히 늦어진다. 이 때문에, 실용적인 처리 시간의 범위에서, 귀금속 원소의 농도가 충분히 높은 석출(농화)층을 형성시키는 것이 곤란하게 된다. When these acids contain the following predetermined amounts, it is possible to more reliably form a precipitation (concentration) layer having a sufficiently high concentration of the precious metal element. When the concentration of these acids is low, for example, when the concentration of hydrochloric acid is less than 1.0% by mass, the rate of selective dissolution of Ti becomes very slow. For this reason, it becomes difficult to form the precipitation (concentration) layer with high concentration of a noble metal element in the range of practical processing time.

한편, 이들 산의 농도가 높을 경우, Ti의 선택 용해 속도가 대단히 빠르다. 이 때문에, 일단 귀금속 원소의 농화층이 생성되어도 순식간에 탈락되어, 결과적으로 유효한 석출(농화)층은 얻어지기 어렵고, 귀금속 원소 석출(농화)층이 얻어졌다고 해도 밀착성이 그다지 좋지 않게 된다는 경향이 있다. On the other hand, when the concentration of these acids is high, the selective dissolution rate of Ti is very fast. For this reason, even if a concentrated layer of a precious metal element is produced once, it falls off in an instant, and as a result, an effective precipitation (concentration) layer is hardly obtained, and even if a precious metal element precipitation (concentration) layer is obtained, the adhesion tends to be not so good. .

이 때문에, 상기의 비산화성의 산의 농도는 예컨대 불화수소(HF): 0.01 내지 3.0질량%, 바람직하게는 0.05 내지 2.0질량%, 염산(HCl): 1.0 내지 30질량%, 바람직하게는 2.0 내지 25질량%, 황산(H2SO4): 1.0 내지 30질량%, 바람직하게는 2.0 내지 25질량%, 인산(H3PO3): 10 내지 50질량%, 바람직하게는 15 내지 45질량%, 폼산(HCOOH): 10 내지 40질량%, 바람직하게는 15 내지 35질량%, 옥살산[(COOH)2]: 10 내지 30질량%, 바람직하게는 15 내지 25질량%로 한다. For this reason, the concentration of the non-oxidizing acid is, for example, hydrogen fluoride (HF): 0.01 to 3.0 mass%, preferably 0.05 to 2.0 mass%, hydrochloric acid (HCl): 1.0 to 30 mass%, preferably 2.0 to 25 mass%, sulfuric acid (H 2 SO 4 ): 1.0 to 30 mass%, preferably 2.0 to 25 mass%, phosphoric acid (H 3 PO 3 ): 10 to 50 mass%, preferably 15 to 45 mass%, Formic acid (HCOOH): 10 to 40% by mass, preferably 15 to 35% by mass, oxalic acid [(COOH) 2 ]: 10 to 30% by mass, preferably 15 to 25% by mass.

또한, 이들 산은 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 2종 이상을 조합하여 사용하는 경우, 각각의 농도는 Ti의 선택 용해 속도가 지나치게 빨라져 일단 생성된 귀금속 원소의 석출(농화)층이 탈락되는 것과 같은 일이 없는 농도로 설정하면 된다. In addition, these acids can be used in combination of 2 or more type. When using two or more types in combination, each concentration may be set to a concentration at which the selective dissolution rate of Ti is too fast and the precipitation (concentration) layer of the noble metal element produced once is eliminated.

타이타늄 합금을 비산화성의 산과 산화성의 산을 포함하는 산 용액에 침지하는 처리시에, 이 처리 온도(용액의 온도)가 지나치게 낮으면 반응속도가 느리다. 이 때문에, 귀금속 원소의 석출(농화)층을 형성하는데 장시간을 필요로 하고, 처리 온도가 지나치게 높으면 용해반응이 불균일하게 되어, 귀금속 원소의 석출(농화)이 충분하지 않은 부위가 생기기 쉬워진다. 이러한 점으로부터, 처리 온도는 10 내지 80℃로 하는 것이 바람직하고, 15 내지 60℃로 하는 것이 더욱 추장된다. When the titanium alloy is immersed in an acid solution containing a non-oxidizing acid and an oxidizing acid, if the treatment temperature (solution temperature) is too low, the reaction rate is slow. For this reason, it takes a long time to form the precipitation (concentration) layer of the noble metal element, and if the treatment temperature is too high, the dissolution reaction becomes uneven, and the site where the precipitation (concentration) of the noble metal element is insufficient is likely to occur. From this point of view, the treatment temperature is preferably set to 10 to 80 캜, more preferably 15 to 60 캜.

또, 처리 시간이 지나치게 짧으면 충분한 귀금속 원소의 석출(농화)층을 형성하기 어렵게 되어, 내구성이나 안정성도 저하되고, 처리 시간은 어느 정도 길어지면, 귀금속 원소가 석출(농화)한 안정한 표면층이 형성되어 반응이 진행되기 어렵게 되기 때문에, 효과는 포화된다. 타이타늄 합금을 침지하는 용액의 조성과 처리 온도에 따라 약간 다르지만, 처리 시간은 대략 1 내지 60분으로 하는 것이 추장된다. If the treatment time is too short, it becomes difficult to form a sufficient (precipitated) layer of sufficient noble metal elements. The durability and stability also decreases. If the treatment time is somewhat longer, a stable surface layer on which noble metal elements precipitate (concentrate) is formed. Since the reaction becomes difficult to proceed, the effect is saturated. Although slightly different depending on the composition of the solution immersed in the titanium alloy and the treatment temperature, it is recommended that the treatment time be approximately 1 to 60 minutes.

(열처리)(Heat treatment)

상기한 바와 같이 귀금속 원소를 석출시킨 후의 타이타늄 합금 기재의 타이타늄 산화물의 생성은 산소 분압이 10-2Torr(1.33Pa) 이하, 온도가 350 내지 800℃의 저산소 농도 분위기에서의 열처리에 의해 행하는 것이 바람직하다. 저산소 농도 분위기이면, 분위기의 종류는 상관없지만, 후술하는 바와 같이, 산소 농도의 영향이 크기 때문에, 진공 분위기, 불활성 가스(Ar, N2 등) 또는 환원성 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. As described above, the production of the titanium oxide based on the titanium alloy after precipitation of the noble metal element is preferably performed by heat treatment in a low oxygen concentration atmosphere with an oxygen partial pressure of 10 −2 Torr (1.33 Pa) or less and a temperature of 350 to 800 ° C. Do. When the low oxygen concentration atmosphere, the type of atmosphere is not correlated, as described below, since the influence of the oxygen concentration in size, is preferably performed in a vacuum atmosphere, an inert gas (Ar, N 2, etc.) or a reducing atmosphere.

귀금속 원소를 석출시킨 후의 타이타늄 합금 기재를 상기 저산소 농도 분위기에서 가열하면, 상기 도 1에 도시하는 바와 같이, 공극(간극)이 적고 치밀하며, 타이타늄 기재측의 타이타늄 산화물의 피막이 불연속인, 접촉저항값이 12mΩ·cm2 이하의 혼합층을 생성할 수 있다. When the titanium alloy substrate after the precious metal element is precipitated is heated in the low oxygen concentration atmosphere, as shown in Fig. 1, the contact resistance value is small and dense and the film of titanium oxide on the titanium substrate side is discontinuous. This mixed layer of 12 m ohm cm 2 or less can be produced.

이것은, 저산소 농도 분위기에서 가열하면, 산화물 표면의 산소와 모재의 타이타늄이 반응을 율속한다(타이타늄 산화물 중의 산소의 안쪽 확산이 억제됨). 이 때문에, 타이타늄이 바깥쪽(표면)으로 확산하고, 미세한 타이타늄 산화물 입자가 석출(농화)되어 있는 귀금속 원소(결정, 입자) 사이에 형성되어, 치밀화됨과 아울러, 타이타늄 기재측의 타이타늄 산화물의 피막이 발달하기 어렵게 되는 것에 의한 것으로 추측된다. This is, when heated in a low oxygen concentration atmosphere, the reaction of oxygen on the oxide surface and titanium of the base material speeds up the reaction (inner diffusion of oxygen in the titanium oxide is suppressed). For this reason, titanium diffuses outward (surface), fine titanium oxide particles are formed between the noble metal elements (crystals and particles) in which the precipitated (condensed) particles are densified, and a film of titanium oxide on the titanium substrate side is developed. It is presumed to be due to being difficult to do.

이에 반해, 분위기의 산소 분압이 10-2Torr(1.33Pa)를 초과하여 산소 농도가 높아지거나, 또는, 온도가 800℃를 초과하여 높아지는 것과 같은 경우에는, 타이타늄 산화물 중의 산소의 안쪽 확산(모재측으로의 확산)이 율속으로 된다. 이 때문에, 타이타늄의 산화물의 성장이 현저하게 되어, 타이타늄 기재측의 타이타늄 산화물의 피막이 두껍고, 게다가 연속되어, 정확히, 상기 도 3과 같은 혼합층으로 되어, 피막 접촉저항을 증대시켜 버린다. On the other hand, when the oxygen partial pressure of the atmosphere exceeds 10 -2 Torr (1.33 Pa) and the oxygen concentration increases or the temperature rises above 800 ° C, the inner diffusion of oxygen in the titanium oxide (to the base metal side) Diffusion into the rate. For this reason, the growth of the oxide of titanium becomes remarkable, and the film of the titanium oxide on the titanium base side is thick and continuous, and it becomes exactly the mixed layer like FIG. 3 mentioned above, and increases a film contact resistance.

이 가열의 온도가 350℃ 미만인 경우, 열처리하지 않는 경우와 동일하게 되어, 상기 도 2와 같은 공극이 많은 성긴 모양의 혼합층으로 된다. When the temperature of this heating is less than 350 degreeC, it becomes the same as the case of not heat-processing, and becomes a sparse mixed layer with many voids like FIG.

본 발명의 실시예를 이하에 설명한다. 또한, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. An embodiment of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to this Example, It is also possible to change suitably and to implement in the range which may be suitable for the meaning of this invention, and all of them are contained in the technical scope of this invention.

(( 실시예Example 1) One)

표 1에 나타내는 귀금속 원소를 포함하는 각종 타이타늄 합금판 표면에 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층을 형성하고, 이 타이타늄 합금판의 접촉저항을 측정하여, 전극용 타이타늄재로서의 성능을 평가했다. The mixed layer of a noble metal element and a titanium oxide was formed on the surface of the various titanium alloy plates containing the noble metal element shown in Table 1, the contact resistance of this titanium alloy plate was measured, and the performance as an electrode titanium material was evaluated.

구체적으로는, 폭 30mm×길이 30mm×판 두께 1.0mm로 한, 귀금속 원소를 포함하는 각종 타이타늄 합금판을, 전처리로서 SiC #400까지 건식 연마한 후, 아세톤 중에서 초음파 세정했다. 그런 후에, 비산화성의 산으로서 질산 농도를 10질량%, 비산화성의 산으로서 불화 수소를 0.25질량% 각각 포함하는 산수용액 중에 침지했다. 수용액의 온도는 25℃, 침지 시간은 10분으로 했다. 다음에, 이들 산 수용액 중의 침지처리에 의해, 귀금속 원소를 표면에 석출시킨 타이타늄 합금판을, 산소 분압이 10-5Torr(1.33×10-3Pa)하에서, 500℃×30분의 진공 가열처리를 행하고, 생성시킨 타이타늄 산화물과 상기 귀금속 원소의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고, 공시재로 했다. Specifically, various titanium alloy plates containing noble metal elements having a width of 30 mm, a length of 30 mm, and a plate thickness of 1.0 mm were dry polished to SiC # 400 as a pretreatment, followed by ultrasonic cleaning in acetone. Then, it was immersed in the acid aqueous solution containing 10 mass% nitric acid concentration as a non-oxidizing acid, and 0.25 mass% hydrogen fluoride as a non-oxidizing acid, respectively. The temperature of aqueous solution was 25 degreeC, and immersion time was 10 minutes. Next, the titanium alloy plate in which the precious metal element was deposited on the surface by immersion treatment in these acid aqueous solutions was subjected to vacuum heat treatment at 500 ° C. × 30 minutes under an oxygen partial pressure of 10 −5 Torr (1.33 × 10 −3 Pa). The mixed layer of the produced titanium oxide and the said noble metal element was formed in the surface of a titanium alloy plate, and it was set as the test material.

비교예로서, 동일한 조건으로 상기 산 수용액 중에 침지처리 후의 타이타늄 합금판을, 진공 가열처리를 행하지 않은 예, 대기 분위기하에서 500℃×30분의 가열처리를 행한 예의 공시재도 준비했다. As a comparative example, the test material of the example which did not heat-treat the titanium alloy plate after the immersion process in the said acid aqueous solution on the same conditions, and the example which heat-processed 500 degreeC * 30 minutes in air | atmosphere was also prepared.

이들 공시재의 접촉저항의 측정을 상기한 방법으로, 4단자식 저항계로서 쓰루가덴키샤제 「MODEL3566」을 사용하여 행했다. 또, 이 혼합층의 내구성 평가로서, 연료전지 세퍼레이터로서의 사용을 모의하여, 80℃, pH2의 황산 수용액 중에 3000시간 침지한다고 하는 부식시험 후에, 다시 접촉저항 측정을 상기한 방법으로 행하고, 양자를 비교하여, 내구성의 평가를 행했다. The measurement of the contact resistance of these test materials was performed by the method mentioned above using "MODEL3566" by Tsurugadenki Corporation as a four-terminal ohmmeter. As the durability evaluation of this mixed layer, the use as a fuel cell separator was simulated, and after the corrosion test of immersion in an aqueous sulfuric acid solution at 80 ° C. and pH 2 for 3000 hours, the contact resistance was measured again by the above method, and the two were compared. The durability was evaluated.

귀금속 원소(결정, 입자)와 타이타늄 산화물 혼합층의 구조는 상기 투과형 전자현미경(TEM)으로 구조 해석을 행하고, 상기 도 1부터 도 3의 어느 혼합층 구조에 가까운지 평가했다. The structure of the noble metal element (crystal, particle) and the titanium oxide mixed layer was analyzed by the transmission electron microscope (TEM) to evaluate which mixed layer structure of Figs.

귀금속 원소와 타이타늄 산화물 혼합층의 두께, 혼합층의 귀금속 원소 함유량에 대해서도, 상기한 분석방법에 의해 측정했다. 이것들의 결과를 표 1에 나타낸다. The thickness of the noble metal element and the titanium oxide mixed layer and the noble metal element content of the mixed layer were also measured by the above-described analysis method. These results are shown in Table 1.

표 1에 나타내는 바와 같이, 발명예 4를 포함한 각 발명예는, 상기 바람직한 산 수용액 중의 침지처리에 의해, 타이타늄 합금판 중으로부터 귀금속 원소를 표면 에 석출시킴과 아울러, 상기 바람직한 진공 가열처리를 행하여, 상기 도 1에 도시한 발명예 4와 동종의, 상기 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고 있다. As shown in Table 1, each invention example including invention example 4 precipitates a noble metal element from the titanium alloy plate on the surface by the immersion treatment in the said preferable acid aqueous solution, and performs the said preferable vacuum heat processing, The mixed layer of the said noble metal element and titanium oxide similar to the invention example 4 shown in the said FIG. 1 is formed in the surface of a titanium alloy plate.

이 결과, 각 발명예는 이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 9mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 갖고 있다. 또, 부식시험 후에도 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 9mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 갖고 있다. As a result, each invention example has electroconductivity that the surface of this mixed layer and a titanium alloy base material become 9 m (ohm) * cm <2> or less in the contact resistance value by the said measuring method. Moreover, even after a corrosion test, it has electroconductivity to become 9 m (ohm) * cm <2> or less from the contact resistance value by the said measuring method.

따라서, 각 발명예는 접촉저항이 낮고, 또한 부식시험 후에도 그 낮은 값이 유지되고 있으므로, 극히 우수한 접촉저항 특성을 갖는 재료라고 할 수 있다. Therefore, each invention example has a low contact resistance, and since the low value is maintained even after a corrosion test, it can be said that it is a material which has the extremely outstanding contact resistance characteristic.

이에 반해, 산 용액 침지만을 행하고, 열처리를 행하지 않은 각 비교예는, 상기 도 2에 도시한 비교예 2와 동종의, 상기 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고 있다. On the other hand, in each comparative example in which only an acid solution immersion was performed and no heat treatment was performed, a mixed layer of the noble metal element and titanium oxide, similar to Comparative Example 2 shown in FIG. 2, was formed on the surface of the titanium alloy plate.

또, 산 용액 침지를 행했지만, 진공 가열처리가 아니고, 산소 농도가 높은 대기 분위기에서 가열처리를 행한 각 비교예는, 상기 도 3에 도시한 비교예 3과 동종의, 상기 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고 있다. Moreover, although the acid solution immersion was carried out, each comparative example in which the heat treatment was performed in an atmospheric atmosphere having a high oxygen concentration instead of the vacuum heat treatment is the same as the comparative example 3 shown in FIG. 3, and the noble metal element and titanium oxide. Of a mixed layer is formed on the surface of the titanium alloy plate.

이 결과, 상기 각 비교예는 이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재의 접촉저항값이 모두 12mΩ·cm2를 초과하고 있다. 또, 부식시험 후에도 접촉저항값이 모두, 더 높아졌다. As a result, in each said comparative example, the contact resistance value of this mixed layer surface and a titanium alloy base material exceeds 12 m (ohm) * cm < 2 >. Moreover, all the contact resistance values became higher even after the corrosion test.

따라서, 상기 각 비교예는, 접촉저항이 높고, 또한 부식시험 후의 접촉저항도 상승했으므로, 접촉저항 특성으로서는 현저하게 뒤떨어진다. 이것은, 산 용액 침지나 열처리를 어느것도 행하지 않고, 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하지 않은 비교예 1도 동일하다. Therefore, each of the above comparative examples has a high contact resistance and also a high contact resistance after the corrosion test, which is remarkably inferior in contact resistance characteristics. This is also the same as Comparative Example 1 in which no acid solution immersion or heat treatment is performed and the mixed layer is not formed on the titanium alloy plate surface.

Figure 112008006249250-pct00001
Figure 112008006249250-pct00001

(( 실시예Example 2) 2)

Ti-0.15Pd 타이타늄 합금판의 표면에, Pd를 석출시킨 후, 하기 표 2에 나타내는 바와 같이, 진공 가열처리의 온도를 여러 가지로 바꾸어, 타이타늄 합금판 표면의 귀금속 원소인 Pd와 타이타늄 산화물의 혼합층을 형성하고, 이 타이타늄 합금판의 접촉저항을 측정하여, 전극용 타이타늄재로서의 내구성을 평가했다. After depositing Pd on the surface of the Ti-0.15Pd titanium alloy plate, as shown in Table 2 below, the temperature of the vacuum heat treatment was changed in various ways, and the mixed layer of Pd and titanium oxide, which are noble metal elements on the surface of the titanium alloy plate, were changed. Was formed, the contact resistance of this titanium alloy plate was measured, and the durability as a titanium material for electrodes was evaluated.

구체적으로는, 상기 실시예 1과 동일한 크기로 가공한 Ti-0.15Pd 타이타늄 합금판을 실시예 1과 동일한 전처리를 행했다. 단, 질산과 불화 수소를 포함하는 산수용액의 침지 시간은 30분간으로 했다. 다음에 이들 산 수용액 중의 침지처리에 의해, Pd를 표면에 석출시킨 타이타늄 합금판의 진공 가열처리를 행하고, 생성시킨 타이타늄 산화물과 Pd의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하여 공시재로 했다. 이때, 진공 가열처리는 산소 분압을 공통적으로 10-5Torr(1.33×10-3Pa)로 한 노 내에서, 하기 표 2에 나타내는 바와 같이, 200 내지 850℃까지 가열온도를 변화시켰다. 또한, 가열시간은 공통적으로 30분으로 했다. Specifically, the same pretreatment as in Example 1 was performed on the Ti-0.15Pd titanium alloy plate processed to the same size as in Example 1. However, the immersion time of the acid aqueous solution containing nitric acid and hydrogen fluoride was 30 minutes. Next, by the immersion treatment in these acid aqueous solutions, vacuum heating treatment was performed on the titanium alloy plate in which Pd was deposited on the surface, and a mixed layer of the produced titanium oxide and Pd was formed on the surface of the titanium alloy plate to prepare a specimen. At this time, the vacuum heat treatment changed the heating temperature to 200 to 850 ° C. in a furnace in which the oxygen partial pressure was set to 10 −5 Torr (1.33 × 10 −3 Pa) in common. In addition, heating time was made into 30 minutes in common.

이들 공시재의 접촉저항의 측정을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 행했다. 또, 이 혼합층의 내구성 평가도, 실시예 1과 동일하게, 연료전지 세퍼레이터로서의 사용을 모의한 부식시험 후에, 다시 접촉저항 측정을 상기한 방법으로 행하고, 양자를 비교하여, 내구성의 평가를 행했다. The contact resistance of these test materials was measured in the same manner as in Example 1. In addition, the durability evaluation of this mixed layer was also carried out in the same manner as in Example 1, and after the corrosion test simulating the use as a fuel cell separator, the contact resistance measurement was again performed by the above-described method, and both were compared to evaluate the durability.

Pd(결정, 입자)와 타이타늄 산화물 혼합층의 구조, 두께, Pd 원소 함유량에 대해서도, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, 구조 해석이나 분석을 행했다. 이들 결과를 표 2에 나타낸다. The structure, thickness, and Pd element content of the Pd (crystals and particles) and the titanium oxide mixed layer were also subjected to structural analysis and analysis in the same manner as in Example 1 above. These results are shown in Table 2.

표 2에 나타내는 바와 같이, 발명예 28 내지 33의 각 발명예는, 상기 바람직한 산 수용액 중의 침지처리에 의해, 타이타늄 합금판 중으로부터 Pd를 표면에 석출시킴과 아울러, 350 내지 800℃의 바람직한 가열온도 범위에서 진공 가열처리를 행했다. 이 때문에, 상기 도 1에 도시한 발명예 4(표 1)와 동종의, Pd와 타이타늄 산화물의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고 있다. As shown in Table 2, each invention example of invention examples 28-33 precipitates Pd from the titanium alloy plate in the surface by the immersion process in the said preferable acid aqueous solution, and is preferable 350-800 degreeC heating temperature. Vacuum heat treatment was performed in the range. For this reason, the mixed layer of Pd and titanium oxide of the same kind as invention example 4 (Table 1) shown in the said FIG. 1 is formed in the surface of a titanium alloy plate.

이 결과, 발명예 28 내지 33은 이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 각각 갖고 있다. 또, 부식시험 후에도 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서도 12mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 각각 갖고 있다. 따라서, 발명예 28 내지 33은 접촉저항이 낮고, 또한 부식시험 후에도 그 낮은 값이 유지되고 있으므로, 극히 우수한 접촉저항 특성을 갖는 재료라고 할 수 있다. As a result, the invention examples 28-33 have the electroconductivity that this mixed layer surface and a titanium alloy base material will be 12 m (ohm) * cm <2> or less in the contact resistance value by the said measuring method, respectively. Moreover, even after a corrosion test, even the contact resistance value by the said measuring method has electroconductivity which becomes 12 m (ohm) * cm <2> or less, respectively. Therefore, Examples 28 to 33 have a low contact resistance, and since the low value is maintained even after the corrosion test, it can be said to be a material having extremely excellent contact resistance characteristics.

이에 반해, 표 2의 비교예 26, 27은 진공 가열처리에서의 온도가 너무 낮아, 혼합층의 치밀화 및 혼합층으로의 산소의 확산이 불충분하기 때문에, 상기 도 2에 도시한 비교예 2(표 1)와 동종의, 상기 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고 있다. 한편, 비교예 34는 반대로 진공 가열처리에서의 온도가 지나치게 높다. 이 때문에, 타이타늄의 산화물의 성장이 촉진되어, 상기 도 3에 도시한 비교예 3(표 1)과 동종의, 상기 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고 있다. On the other hand, Comparative Examples 26 and 27 in Table 2 have too low a temperature in vacuum heating treatment, so that the densification of the mixed layer and diffusion of oxygen into the mixed layer are insufficient, so that Comparative Example 2 (Table 1) shown in FIG. The mixed layer of the said noble metal element and titanium oxide of the same kind is formed in the surface of a titanium alloy plate. On the other hand, in Comparative Example 34, the temperature in the vacuum heat treatment is too high. For this reason, growth of the oxide of titanium is accelerated | stimulated, and the mixed layer of the said noble metal element and titanium oxide of the same kind as the comparative example 3 (Table 1) shown in said FIG. 3 is formed on the surface of a titanium alloy plate.

이 결과, 상기 각 비교예는, 이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재의 접촉저항값이나, 부식시험 후의 접촉저항값 중 어느 하나가 12mΩ·cm2를 초과하고 있다. 따라서, 상기 각 비교예는, 접촉저항이 높고, 또한 부식시험 후의 접촉저항도 상승했으므로, 접촉저항 특성으로서는 현저하게 뒤떨어진다. As a result, in each said comparative example, either the contact resistance value of this mixed layer surface and a titanium alloy base material, or the contact resistance value after a corrosion test exceeds 12 m (ohm) * cm < 2 >. Therefore, each of the above comparative examples has a high contact resistance and also a high contact resistance after the corrosion test, which is remarkably inferior in contact resistance characteristics.

Figure 112008006249250-pct00002
Figure 112008006249250-pct00002

(( 실시예Example 3) 3)

Ti-0.15Pd 타이타늄 합금판 표면에 Pd를 석출시킨 후의, 진공 가열처리에서의 노 내의 진공도를, 표 3에 나타내는 바와 같이 여러 가지로 바꾸어, 타이타늄 합금판 표면의 Pd와 타이타늄 산화물의 혼합층을 형성하고, 이 타이타늄 합금판의 접촉저항을 측정하여, 전극용 타이타늄재로서의 내구성을 평가했다. After depositing Pd on the surface of the Ti-0.15Pd titanium alloy plate, the degree of vacuum in the furnace in the vacuum heating treatment is varied as shown in Table 3 to form a mixed layer of Pd and titanium oxide on the surface of the titanium alloy plate. The contact resistance of this titanium alloy sheet was measured, and the durability as a titanium material for electrodes was evaluated.

구체적으로는, 상기 실시예 1과 동일한 크기로 한 Ti-0.15Pd 타이타늄 합금판을 상기 실시예 2와 동일한 전처리를 행했다. 다음에 이들 산 수용액 중의 침지처리에 의해, Pd를 표면에 석출시킨 타이타늄 합금판에 대하여, 진공 가열처리를 행했다. Specifically, the Ti-0.15Pd titanium alloy sheet having the same size as in Example 1 was pretreated in the same manner as in Example 2. Next, the vacuum heating process was performed about the titanium alloy plate which precipitated Pd on the surface by the immersion process in these acid aqueous solution.

진공 가열처리는, 열처리로 내를 일단, 산소 분압으로 10-4Torr(1.33×10-2Pa)대로 진공처리한 후, 노 내에 미량의 질소 가스 또는 아르곤 가스를 도입하고, 노 내의 진공도를 표 3에 나타내는 바와 같이, 0.1Torr(1.33×101Pa), 10Torr(1.33×103Pa), 760Torr(1.01×105Pa)(대기압)로 각각 변화시켰다. 또, 비교예는, 노 내를 질소 가스 또는 아르곤 가스를 도입하지 않은 공기 분위기로 하여, 노 내의 진공도를 0.1Torr(1.33×101Pa), 100Torr(1.33×104Pa)로 각각 변화시켰다. 그리고, 이들 노 내 진공도 상태에서, 공통적으로 500℃×30분의 조건으로 가열처리를 행하고, 생성시킨 타이타늄 산화물과 Pd의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고, 공시재로 했다. In the vacuum heat treatment, once the inside of the heat treatment furnace is vacuumed at 10 −4 Torr (1.33 × 10 −2 Pa) at an oxygen partial pressure, a small amount of nitrogen gas or argon gas is introduced into the furnace, and the degree of vacuum in the furnace is shown. As shown in Fig. 3, 0.1 Torr (1.33 × 10 1 Pa), 10 Torr (1.33 × 10 3 Pa), and 760 Torr (1.01 × 10 5 Pa) (atmospheric pressure) were respectively changed. Moreover, the comparative example made the inside of a furnace into the air atmosphere which does not introduce nitrogen gas or argon gas, and changed the vacuum degree in a furnace to 0.1 Torr (1.33 * 10 <1> Pa) and 100 Torr (1.33 * 10 <4> Pa), respectively. And in these furnace vacuum states, it heat-processed on 500 degreeC * 30 minute conditions in common, and the produced mixed layer of the titanium oxide and Pd was formed in the titanium alloy plate surface, and it was set as the test material.

이들 공시재의 접촉저항의 측정을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 행했다. 또, 이 혼합층의 내구성 평가도, 상기 실시예 1과 동일하게, 연료전지 세퍼레이터로서의 사용을 모의한 부식시험 후에, 다시 접촉저항 측정을 상기한 방법으로 행하고, 양자를 비교하여, 내구성의 평가를 행했다. The contact resistance of these test materials was measured in the same manner as in Example 1. In addition, the durability evaluation of this mixed layer was also carried out in the same manner as in Example 1, after the corrosion test simulating the use as a fuel cell separator, the contact resistance measurement was again performed by the above-described method, and both were compared to evaluate the durability. .

Pd(결정, 입자)와 타이타늄 산화물 혼합층의 구조, 두께, Pd 함유량에 대해서도, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, 구조 해석이나 분석을 행했다. 이것들의 결과를 표 3에 나타낸다. The structure, thickness, and Pd content of the Pd (crystals and particles) and the titanium oxide mixed layer were also subjected to structural analysis and analysis in the same manner as in Example 1 above. These results are shown in Table 3.

표 3에 나타내는 바와 같이, 발명예 35 내지 40의 각 발명예는 질소 가스 또는 아르곤 가스를 노 내에 도입하고 있고, 노 내가 저산소 분압으로 유지되어 있기 때문에, 노 내의 진공도가 비교적 낮은 발명예 35, 36, 38, 39는 물론, 노 내의 진공도가 거의 대기압의 상태인 발명예 37, 40에서도, 상기 도 1에 도시한 발명예 4(표 1)와 동종의, Pd와 타이타늄 산화물의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고 있다. As shown in Table 3, each of the invention examples of the invention examples 35 to 40 introduces nitrogen gas or argon gas into the furnace, and since the furnace is maintained at a low oxygen partial pressure, invention examples 35 and 36 having a relatively low vacuum degree in the furnace. , 38, 39, as well as inventive examples 37 and 40 in which the vacuum degree in the furnace is almost at atmospheric pressure, a titanium alloy sheet containing a mixed layer of Pd and titanium oxide, similar to Inventive Example 4 (Table 1) shown in FIG. Formed on the surface.

이 결과, 발명예 35 내지 40은 이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서 12mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 각각 갖고 있다. 또, 부식시험 후에도 상기 측정방법에 의한 접촉저항값에서도 12mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 각각 갖고 있다. 따라서, 발명예 35 내지 40은, 접촉저항이 낮고, 또한 부식시험 후에도 그 낮은 값이 유지되고 있으므로, 극히 우수한 접촉저항 특성을 갖는 재료라고 할 수 있다. As a result, the invention examples 35-40 have the electroconductivity which the surface of this mixed layer and a titanium alloy base material become 12 m (ohm) * cm <2> or less in the contact resistance value by the said measuring method, respectively. Moreover, even after a corrosion test, even the contact resistance value by the said measuring method has electroconductivity which becomes 12 m (ohm) * cm <2> or less, respectively. Therefore, inventive examples 35 to 40 are low in contact resistance and low in value even after the corrosion test, and thus can be said to be materials having extremely excellent contact resistance characteristics.

이에 반해 표 3의 비교예 41, 42는 대기압보다도 낮은 압력이지만, 노 내의 산소 분압이 높기 때문에, 노 내의 진공도에 따르지 않고, 상기 도 3에 도시한 비교예 3(표 1)과 동종의, Pd와 타이타늄 산화물의 혼합층을 타이타늄 합금판 표면에 형성하고 있다. On the other hand, Comparative Examples 41 and 42 in Table 3 are lower than atmospheric pressure, but because the oxygen partial pressure in the furnace is high, Pd is similar to Comparative Example 3 (Table 1) shown in FIG. The mixed layer of and titanium oxide is formed on the surface of a titanium alloy plate.

이 결과, 상기 각 비교예는 이 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재의 접촉저항값, 부식시험 후의 접촉저항값의 어느 것도 12mΩ·cm2를 초과하고 있다. 따라서, 상기 각 비교예는, 접촉저항이 높고, 또한 부식시험 후의 접촉저항도 상승했으므로, 접촉저항 특성으로서는 현저하게 뒤떨어진다. As a result, in each of the above comparative examples, none of the contact resistance value between the surface of the mixed layer and the titanium alloy substrate and the contact resistance value after the corrosion test exceeded 12 mΩ · cm 2 . Therefore, each of the above comparative examples has a high contact resistance and also a high contact resistance after the corrosion test, which is remarkably inferior in contact resistance characteristics.

또, 이들 표 3의 발명예나 비교예끼리의 결과 비교로부터, 질소 가스 또는 아르곤 가스를 노 내에 도입한 경우에는, 노 내의 진공도가 낮아도 우수한 접촉저항 특성을 갖지만, 노 내의 진공도가 높은(보다 저압인) 편이, 접촉저항 특성은 보다 우수한 것을 알 수 있다. In addition, when nitrogen gas or argon gas is introduced into the furnace from the comparison of the results of the invention examples and comparative examples shown in Table 3, it has excellent contact resistance characteristics even if the vacuum degree in the furnace is low, but the vacuum degree in the furnace is higher (lower pressure ), It is understood that the contact resistance characteristics are more excellent.

Figure 112009079846760-pct00008
Figure 112009079846760-pct00008

본 발명에 따른 전극용 타이타늄재의 제조방법에 의해 얻어지는 전극용 타이타늄재는 초기의 접촉저항이 낮고, 또한, 내식성이 우수하여 내구성이 높고, 장기 간에 걸쳐 접촉저항이 상승하기 어려워 도전성의 저하가 발생하기 어렵다. 따라서, 이러한 특성이 요구되는 전극에 적합하게 사용할 수 있고, 특히, 연료전지의 세퍼레이터에 적합하며, 장기간에 걸쳐 접촉저항이 상승하기 어려워, 고도전성을 유지할 수 있다. The electrode titanium material obtained by the method for producing an electrode titanium material according to the present invention has a low initial contact resistance, excellent corrosion resistance, high durability, and difficult to increase contact resistance over a long period of time, so that deterioration of conductivity is unlikely to occur. . Therefore, it can be used suitably for the electrode which requires such a characteristic, it is especially suitable for the separator of a fuel cell, it is hard to raise a contact resistance for a long time, and can maintain high electrical conductivity.

Claims (25)

백금족계 원소, Au, Ag 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 귀금속 원소를 함유하는 타이타늄 합금 기재의 표면에, 평균 두께가 200nm 이하인, 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층이 형성된 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법으로서, On the surface of the titanium alloy substrate containing one or two or more kinds of precious metal elements selected from platinum group elements, Au and Ag, a titanium material for separator of a fuel cell in which a mixed layer of precious metal elements and titanium oxides having an average thickness of 200 nm or less is formed. As a manufacturing method, 비산화성의 산과 산화성의 산을 포함하는 산 용액에, 백금족계 원소, Au, Ag 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 귀금속 원소를 함유하는 타이타늄 합금 기재를 침지함으로써, 상기 타이타늄 합금 기재로부터 귀금속 원소를 석출시키는 단계, 및The noble metal element is removed from the titanium alloy substrate by immersing the titanium alloy substrate containing one or two or more precious metal elements selected from platinum group-based elements, Au, and Ag in an acid solution containing a non-oxidizing acid and an oxidizing acid. Precipitating, and 귀금속 원소를 석출시킨 상기 타이타늄 합금 기재를 열처리함으로써, 귀금속 원소와 타이타늄 산화물의 혼합층을 형성시키는 단계Heat-treating the titanium alloy substrate on which the precious metal element is deposited, thereby forming a mixed layer of the precious metal element and the titanium oxide 를 포함함을 특징으로 하는, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법.Method for producing a titanium material for separator of the fuel cell, characterized in that it comprises a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 혼합층 표면과 타이타늄 합금 기재가, 접촉저항값이 12mΩ·cm2 이하로 되는 도전성을 가지며,The surface of the mixed layer and the titanium alloy substrate have a conductivity such that the contact resistance value is 12 mΩ · cm 2 or less, 상기 접촉저항은, 상기 혼합층이 형성된 판상 타이타늄 합금재의 양면을, 평균 두께 0.3mm의 카본 클로스를 각각 사이에 두고, 타이타늄 합금재 상측으로부터 타이타늄 합금재와의 접촉 면적이 1cm2인 구리 전극 및 타이타늄 합금재 하측으로부터 타이타늄 합금재와의 접촉 면적이 1cm2인 구리 전극으로 각각 끼워 넣은 다음, 유압 프레스에 의해, 구리 전극 및 카본 클로스를 각각 사이에 두고, 타이타늄 합금재의 상하 양측으로부터 면압 5kg/cm2를 부하한 상태에서, 상기 양 구리 전극 사이에 7.4mA의 전류를 흘려보냈을 때의, 상기 양 카본 클로스 사이에서의 전압 강하량을 4단자식 저항계를 사용하여 측정하여, 산출된 것을 특징으로 하는, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법.The contact resistance was, the mixed layers are formed of plate-like titanium alloy material with a two-sided, a carbon cloth having an average thickness of 0.3mm between each of the titanium alloy, the contact area with the titanium alloy material 1cm from the upper electrode 2 of copper and titanium alloys Insert the copper electrode having a contact area with the titanium alloy material of 1 cm 2 from the lower side, respectively, and then, by hydraulic press, the copper electrode and the carbon cloth were sandwiched between each other, and a surface pressure of 5 kg / cm 2 was obtained from the upper and lower sides of the titanium alloy material. A fuel, characterized in that the voltage drop between the two carbon cloths when a current of 7.4 mA flows between the two copper electrodes in a loaded state is measured by using a four-terminal ohmmeter. The manufacturing method of the titanium material for separators of a battery. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열처리를, 산소 분압이 1.33Pa(10-2Torr) 이하이고 온도가 350 내지 800℃인 저산소 농도 분위기에서 행하는 것을 특징으로 하는, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법.The heat treatment is performed in a low oxygen concentration atmosphere having an oxygen partial pressure of 1.33 Pa (10 −2 Torr) or less and a temperature of 350 to 800 ° C., wherein the titanium material for separator of a fuel cell is used. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 열처리를, 산소 분압이 1.33Pa(10-2Torr) 이하이고 온도가 350 내지 800℃인 저산소 농도 분위기에서 행하는 것을 특징으로 하는, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법.The heat treatment is performed in a low oxygen concentration atmosphere having an oxygen partial pressure of 1.33 Pa (10 −2 Torr) or less and a temperature of 350 to 800 ° C., wherein the titanium material for separator of a fuel cell is used. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 산화성의 산이 질산이고, 상기 비산화성의 산이 불화 수소, 염산, 황산, 인산, 폼산 및 옥살산 중 1종 또는 2종 이상인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. The oxidizing acid is nitric acid, and the non-oxidizing acid is one or two or more of hydrogen fluoride, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, formic acid and oxalic acid. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 산화성의 산이 질산이고, 상기 비산화성의 산이 불화 수소, 염산, 황산, 인산, 폼산 및 옥살산 중 1종 또는 2종 이상인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. The oxidizing acid is nitric acid, and the non-oxidizing acid is one or two or more of hydrogen fluoride, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, formic acid and oxalic acid. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 산화성의 산이 질산이고, 상기 비산화성의 산이 불화 수소, 염산, 황산, 인산, 폼산 및 옥살산 중 1종 또는 2종 이상인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. The oxidizing acid is nitric acid, and the non-oxidizing acid is one or two or more of hydrogen fluoride, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, formic acid and oxalic acid. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 산화성의 산이 질산이고, 상기 비산화성의 산이 불화 수소, 염산, 황산, 인산, 폼산 및 옥살산 중 1종 또는 2종 이상인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. The oxidizing acid is nitric acid, and the non-oxidizing acid is one or two or more of hydrogen fluoride, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, formic acid and oxalic acid. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 산용액에 침지된 타이타늄 합금 기재의 귀금속 원소의 함유량이 합계로 0.005 내지 1.0질량%인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. A method for producing a titanium material for separators in fuel cells, wherein the content of the precious metal element of the titanium alloy base material immersed in an acid solution is 0.005 to 1.0 mass% in total. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 산용액에 침지된 타이타늄 합금 기재의 귀금속 원소의 함유량이 합계로 0.005 내지 The total content of the precious metal element of the titanium alloy base material immersed in an acid solution is 0.005 to 1.0질량%인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. The manufacturing method of the titanium material for separators of a fuel cell which is 1.0 mass%. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 산용액에 침지된 타이타늄 합금 기재의 귀금속 원소의 함유량이 합계로 0.005 내지 1.0질량%인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. A method for producing a titanium material for separators in fuel cells, wherein the content of the precious metal element of the titanium alloy base material immersed in an acid solution is 0.005 to 1.0 mass% in total. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 산용액에 침지된 타이타늄 합금 기재의 귀금속 원소의 함유량이 합계로 0.005 내지 1.0질량%인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. A method for producing a titanium material for separators in fuel cells, wherein the content of the precious metal element of the titanium alloy base material immersed in an acid solution is 0.005 to 1.0 mass% in total. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 산용액에 침지된 타이타늄 합금 기재의 귀금속 원소의 함유량이 합계로 0.005 내지 1.0질량%인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. A method for producing a titanium material for separators in fuel cells, wherein the content of the precious metal element of the titanium alloy base material immersed in an acid solution is 0.005 to 1.0 mass% in total. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 산용액에 침지된 타이타늄 합금 기재의 귀금속 원소의 함유량이 합계로 0.005 내지 1.0질량%인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. A method for producing a titanium material for separators in fuel cells, wherein the content of the precious metal element of the titanium alloy base material immersed in an acid solution is 0.005 to 1.0 mass% in total. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 산용액에 침지된 타이타늄 합금 기재의 귀금속 원소의 함유량이 합계로 0.005 내지 1.0질량%인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법.A method for producing a titanium material for separators in fuel cells, wherein the content of the precious metal element of the titanium alloy base material immersed in an acid solution is 0.005 to 1.0 mass% in total. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 산용액에 침지된 타이타늄 합금 기재의 귀금속 원소의 함유량이 합계로 0.005 내지 1.0질량%인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. A method for producing a titanium material for separators in fuel cells, wherein the content of the precious metal element of the titanium alloy base material immersed in an acid solution is 0.005 to 1.0 mass% in total. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 혼합층 중에서, Ti와 귀금속 원소를 합쳐서 100원자%로 했을 때의 귀금속 원소의 평균 함유량이 합계로 1 내지 90원자%인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. The manufacturing method of the titanium material for separators of a fuel cell in the said mixed layer whose average content of the noble metal element when Ti and a noble metal element are made 100 atomic% in total is 1-90 atomic% in total. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 17, 상기 혼합층의 평균 두께가 10 내지 100nm인, 연료전지의 세퍼레이터용 타이타늄재의 제조방법. The manufacturing method of the titanium material for separators of a fuel cell whose average thickness of the said mixed layer is 10-100 nm. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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